再大也是有基石的！发现大质量恒星的基础

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在过去的三年里，珍妮·卡拉汉带领亚利桑那大学(UA)的本科生一起研究如何揭开银河系中最巨大恒星是如何诞生的谜团。在天文学中，当涉及到大质量的恒星形成时，仍然有一个相当开放的问题，质量超过8个太阳质量的恒星是如何从尘埃和气体云中形成？天文学家们理解太阳大小的恒星的这一过程。云中的粒子相互吸引，开始聚集在一起。重力起了作用，气体在云坍塌时流向云的中心。经过数百万年，这种气体承受了如此大的压力，以至于开始燃烧。当核聚变最终在压缩气体的核心开始时，恒星诞生了。

博科园-科学科普：通过观察，可以证明形成像太阳这样的恒星需要多少气体和时间的理论，因为类日恒星的每一个阶段——从气体云坍缩成恒星前核心，到恒星膨胀成红巨星、坍缩成白矮星——都可以在整个星系中看到。但是天文学家们还没有理解恒星是如何超过太阳质量8倍的。这种大小的恒星在生命的尽头会爆炸成超新星，留下黑洞或中子星。在模拟中有一些关于大质量恒星形成的理论，但是我们还没有在宇宙中看到这些初始条件。美国联合航空航天大学天文系副教授Yancy Shirley说：有一种理论是大型岩心的形成。这些巨大的内核是密集的气体集合，比它们所创造的恒星要大好几倍，对于大质量恒星，核心必须至少是太阳质量的30倍，但很难找到这样。

图片：CC0 Public Domain

另一种理论是，多个低质量的岩心在一个气体团中形成。低质量的核随着它们争夺团块中的物质而成长，最终，其中一个核会长得足够大，形成一个巨大的恒星。这是一场辩论：这两幅画中哪一幅更正确，还是两者的结合？回答这个问题的第一步是确定恒星形成的最早阶段，所以在Shirley的建议下，Calahan开始寻找显示出崩塌气体运动迹象的团块，称为“流入”。卡拉汉从超过2000个巨大寒冷的、似乎没有星星的气体云中挑选了101个被试，这些气体云被称为“无星团候选体”(SCCs)。尽管天文学家过去曾研究过超光速飞行，但他们中的许多人关注的都是最亮、质量最大的天体。卡拉汉的研究是独一无二的，因为它是一个盲目的调查。

从太阳质量的几百倍到几千个太阳质量，SCCs Calahan是所有可能形成大质量恒星的气体云的代表性样本。利用位于基特峰的UA的Steward天文台的亚利桑那射电天文台的12米射电望远镜，Calahan探测并追踪了分子气体oxomethylium (HCO+)发射的无线电波，HCO+发射出特定的无线电波长。使用望远镜来识别特别感兴趣的物体，比如坍缩的SCCs，然后利用ALMA对感兴趣的物体进行进一步研究。ALMA可以深入观察气体，找到用12米望远镜看不到的恒星或其他物体。氧甲基铵是空间中较丰富的离子分子之一，是一种高度活性的离子，在我们地球的大气层中无法生存。

当氧甲基铵向观察者移动时，波长被压缩;当气体远离观测者时，波长就会拉长。通过对波长的分析，卡拉汉确定了六个显示出坍缩迹象的SCCs，表明气体坍缩发生得很快，仅占大质量恒星形成过程的6%。一方正在远离我们，另一方正在向我们坠落。调查需要几十个小时才能完成，卡拉汉和雪莉在八个月的时间里花了19个周末研究SCCs。现在已经看到了这项研究的每个部分，要参与提问，观察和减少数据。有资源和教员来教我们如何减少真实的数据，并观察真实的望远镜，这对这个机构来说是独一无二的。