紫台利用13.7米毫米波望远镜和FAST的观测数据在大质量恒星形成研究中取得系列进展 | 国家天文科学数据中心

在恒星形成过程中，原子气体与分子气体的转换以及分子外向流的驱动源一直是研究难点。近期，紫金山天文台、国家天文台、三峡大学、湖南文理学院等合作团队结合FAST HI谱线数据与紫金山天文台青海观测站13.7 m毫米波望远镜分子谱线数据，利用团队自主开发的新基线校准算法，在大质量恒星形成研究中取得系列进展，展现了FAST与13.7 m毫米波望远镜的协同观测研究的巨大潜力。

磁离心喷流理论预言分子外向流是由高速HI星风驱动的，但该理论没有得到确凿观测证明，因为探测HI星风是一项极高的挑战。到目前为止，只有两个小质量恒星形成区的HI星风被阿雷西博望远镜探测到，这主要是在上世纪80-90年代完成的。通过仔细比对这两个源中HI星风和分子外向流，发现在小质量恒星形成区中HI星风能够驱动分子外向流。那么在大质量恒星形成区中，HI星风能否驱动分子外向流，原子氢又从何而来，与分子氢关系如何，这一系列问题都有待解决。

HI星风的研究对谱线基线有严苛的要求，为了探测HI星风，研究团队开发了一种新的基线校准算法—FFTEEC，该算法能够最大限度地降低基线噪声，使最终得到的谱线灵敏度接近理论水平(1.8–2.3 mK @ 2.0 km/s，图1左)。该算法使得FAST的高灵敏度优势得以充分发挥，使FAST成为探测HI星风的利器。研究团队综合HI原子谱线数据与¹²CO、¹³CO、C¹⁸O、HCO⁺及CS分子谱线数据，对HI窄线自吸收线(HINSA)进行了专门分析。研究发现：HINSA与CO分子云相关联的条件很可能是探测到¹³CO；中心高密度区域的HINSA丰度要低于周围低密度区(图1右)，这可能是由于HI的电离或者高密度区域中HI到H₂的转化更快。

另外，研究团队首次在该区域中探测到HI星风(图1左)，并发现大质量恒星形成区中的HI星风有可能驱动分子外向流，这与小质量恒星形成区情况相似。进一步研究发现星风中的HI丰度与HINSA丰度一致，这预示着HINSA将成为研究HI星风与分子外向流的物理桥梁，同时暗示着HI星风中原子氢更有可能继承于母分子云。这一成果将为研究“星风或者外向流中HI与H₂的相互转化及其对恒星形成与反馈的影响”注入新的活力。

图1：左：探测到的HI星风，红线：高速(~ 120 km/s) HI星风。

右：HINSA柱密度与总柱密度之比。SCER：强CO辐射区域；WCER：弱CO辐射区域。

系列研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金以及江苏省双创计划等项目的支持。系列论文的第一作者分别为紫台特别研究助理李英杰（HINSA和HI星风）以及紫台博士研究生刘德剑（基线校准算法和分子外向流）。国家天文科学数据中心为天文观测设备和研究计划提供数据与技术服务。