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天马探测到星际空间最强甲醛分子脉泽辐射
2017-12-26 | 编辑: | 【】【打印】【关闭

  近日,中国科学院上海天文台沈志强研究员团队利用天马望远镜探测到截至目前最强的来自甲醛分子的脉泽辐射,其辐射强度比以前探测到的9个甲醛分子脉泽中最强的(~ 2 Jy;出现在恒星形成区NGC7538)高了一个量级,从而改观了人们对甲醛脉泽辐射的认识。目前该工作已经发表在天文学国际核心期刊《天体物理杂志-快报》(2017ApJL851L3)上。 

  相比于羟基、甲醇、水、和一氧化硅等分子脉泽在银河系内恒星形成区或主序后星拱星包层中的广泛分布,之前探测到的银河系内甲醛分子脉泽源只有9个,它们都来自于大质量恒星形成区,辐射频率在4.83 GHz。由于探测到的甲醛脉泽源数目少,使得甲醛脉泽的搜寻成为射电天文的一个重要观测课题。如此低的探测率可能与苛刻的甲醛脉泽激发条件有关,而在恒星形成过程中,满足激发条件的时标又十分短暂,这都使得甲醛脉泽成为研究恒星形成过程某一特殊阶段的重要工具,因此对甲醛脉泽激发机制的研究十分重要。 

  目前关于甲醛脉泽的激发机制仍不清楚。早期研究提出了一些理论模型,如强的致密HII区射电连续辐射背景可以为甲醛脉泽抽运提供必要的能量。但观测表明除了NGC7538中呈现了非常致密HII区(EM>108 pc cm-6),其它的甲醛脉泽源通常不具有这样致密HII区环境,这意味着这种辐射抽运机制很难用于解释绝大部分甲醛脉泽辐射。另外有研究提出甲醛脉泽可能是由碰撞抽运引起的,即:膨胀HII区与星周星际介质碰撞产生的激波,提供脉泽抽运所需能量。最近该天马团队依据NGC7538中甲醛脉泽的光变特性(如图1),提出甲醛脉泽是在更快速的激波环境下激发,速度高达80km/s以上(2017MNRAS4664364)。如此高速激波,不可能是由慢速膨胀的HII区引起的,而是更倾向于由快速的大质量恒星喷流引起的,因此甲醛脉泽可能在高速喷流环境下更容易被激发。 

1:天马望远镜测得的NGC7538甲醛分子脉泽辐射及光变。左图:NGC7538的4.8 GHz甲醛脉泽辐射(上)及14.5 GHz甲醛辐射(下),两个辐射成分用Comp. I 及Comp. II标出,红色线代表对辐射成分的高斯拟合。右图:NGC7538的4.8 GHz甲醛脉泽光变曲线,天马望远镜数据对应于最后一个历元(2016年4月),其它数据来源于早期发表的文献。可以看出,两个脉泽辐射成分遵循相似的光变规律,但Comp. II相比于Comp. I有约14年的延迟,预示高速激波(>80 km/s)正从Comp. I向Comp. II传递。 

  基于此,该研究团队利用天马望远镜对一些典型的具有高速外流或喷流的大质量恒星形成区开展了甲醛脉泽的搜寻工作。该巡天观测成功在一个恒星形成区(G339.88-1.26)中探测到了截至目前最强(~19 Jy)的甲醛分子脉泽辐射(如图2)。特别值得一提的是,该源对天马望远镜的地平高度只有12度,正是借助先进的主反射面主动调整系统,天马望远镜对此低俯仰源的观测实现了天线效率达60%的最佳观测效果。 

2:利用上海天马望远镜在恒星形成区G339.88-1.26探测到的截至目前最强甲醛脉泽。左图:该源中6.7 GHz甲醇脉泽(上)与甲醛脉泽(下)谱轮廓比较。右图:天马望远镜OTF成图观测结果,蓝色实线为甲醛脉泽辐射,红色虚线为甲醛吸收,背景为WISE 3.4微米(蓝色)、4.6微米(绿色)和12微米(红色)的三色图。

  该研究团队中来自广州大学的陈曦教授(上海天文台客座研究员)指出,由于这个最强的甲醛脉泽的寄主天体的喷流已经处于电离状态,因而甲醛脉泽很可能是在电离喷流引起的激波环境下被激发的:一方面喷流导致的碰撞激波会引起抽运,另一方面电离环境下的自由-自由连续谱辐射为脉泽放大提供了更多的背景输入光子,从而形成如此强的甲醛脉泽辐射。该工作从观测(20179月)到接收(201711月)发表,历时不到两个月,该科学研究的重要性可见一斑。该研究也为进一步的甲醛脉泽搜寻工作提供了选源依据,即具有电离喷流环境的天体。尽管甲醛脉泽的研究已有近40年,但对它的重新认识却刚刚开始,天马望远镜应能在甲醛脉泽的观测研究领域发挥更大的重要。 

  科研论文链接::http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa9b2c 

  科学联系人:陈曦,广州大学/上海天文台;沈志强,上海天文台 

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