借助智利ALMA望远镜阵列的最新观测数据，研究人员绘制出银河系中央分子区带三块区域迄今最精确的测绘图像，为揭示该区域恒星形成机制提供了宝贵信息。
数十年间，天文学家已发现数百个原行星盘——这些结构被认为是太阳系早期阶段的代表。然而，这些发现大多位于地球邻近区域，可能无法反映银河系其他区域的极端环境。银河系中心附近的中央分子区（CMZ）是其中最动态、最湍流的区域之一，那里的高压高密度可能以根本不同的方式塑造恒星和行星的形成。研究CMZ中的原行星系统为检验和完善我们的太阳系形成理论提供了难得的机会。
由北京大学科维理天文与天体物理研究所（KIAA, PKU）、上海天文台（SHAO）、科隆大学天体物理研究所（UoC）以及多家合作机构的研究人员组成的国际团队，对银河系CMZ中三个代表性分子云进行了迄今最灵敏、最高分辨率、最完整的巡天观测。他们的观测揭示了五百多个致密核——这些正是恒星诞生的场所。研究成果以《三片中央分子区云的双频带统一探测（DUET）：显示低光谱指数的连续谱源全云普查》为题发表在《天文学与天体物理学》期刊上。
在CMZ中探测此类系统极具挑战性。这些区域遥远、暗弱，且深埋在厚厚的星际尘埃层中。为克服这些障碍，团队使用了位于智利阿塔卡马沙漠的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）。这台干涉望远镜通过组合分布在数公里范围内的天线信号，实现了超凡的角分辨率。“即使在CMZ约170亿天文单位的遥远距离上，这也能让我们解析小至一千天文单位的结构，”上海天文台研究员、ALMA观测项目首席科学家吕行教授表示。
通过重新配置阵列并在多个频率进行观测，团队实施了“双频带”观测——以相同空间分辨率捕获两种不同波长。正如人类视觉依赖色彩对比解读世界，双频带成像为这些遥远系统的温度、尘埃特性和结构提供了关键的光谱信息。
令研究人员惊讶的是，超过70%的致密核呈现出明显超出预期的偏红特征。在仔细排除了观测偏差及其他可能解释后，他们提出了两种主要设想——均表明原行星盘可能广泛存在。
“我们震惊地发现这些'小红点'遍布整个分子云，”正在科隆大学天体物理研究所攻读博士学位的第一作者冯伟旭（音）表示，“它们揭示了致密恒星形成核的隐匿本质。”
一种可能的解释是这些核并非如以往认为的那样是透明的均匀球体。相反，它们可能包含更小的光学厚结构——可能是原行星盘——其在短波长的自吸收导致了观测到的偏红现象。“这对我们关于典型致密核的原始假设提出了挑战，”冯伟旭在卡夫利研究所的博士导师王科教授指出。
另一种可能性涉及系统中尘埃颗粒的生长。“在弥散星际介质中，尘埃颗粒通常只有几微米大小，”负责本研究辐射转移建模的中山大学物理系刘豪语（音）教授解释道，“但我们的模型表明某些核内可能存在毫米级颗粒，这种颗粒只能在原行星盘中形成，随后被驱逐——可能是通过原恒星外向流。”
无论哪种设想占主导，两者都要求存在原行星盘。研究结果表明，仅在这三片CMZ分子云内就可能已有超过三百个此类系统正在形成。“令人振奋的是，我们在银河系中心探测到了潜在的原行星盘候选体。那里的环境条件与我们邻近区域截然不同，这或许让我们有机会研究这种极端环境中的行星形成过程，”冯伟旭在科隆大学的博士联合导师彼得·希尔克教授表示。科隆大学天体物理研究所的计算资源和技术支持对本成果有重要贡献。
未来的多频带观测将有助于进一步约束其物理特性和演化阶段，为揭示行星系统（包括类似太阳系的系统）即使在银河系最极端角落的早期形成过程提供珍贵线索。