在我們銀河系的中心，在環繞超大質量黑洞的湍流區域，塵埃和氣體在空間中波動的高能沖擊波的驅動下不斷旋轉。一個國際天文學家團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA），將我們對這一混亂區域的觀測提高了100倍，發現了一個令人驚訝的全新絲狀結構。

長期以來，人們一直認為該星系的中心分子區（CMZ）是一個富含塵埃和氣體分子的區域，該區域不斷經歷著形成和毀滅的循環。然而，這種活動背后的確切機制仍不清楚。科學家經常使用分子作為標記物來研究分子云內發生的各種過程。在這些標記物中，一氧化硅（SiO）對于識別沖擊波尤為重要。

由上海交通大學楊凱領導的國際天文學家團隊利用ALMA的高分辨率和高靈敏度，繪制了銀河系中心分子云內清晰的譜線，并以更精細的尺度描繪出一種新型的細長絲狀結構。這種湍流環境與激波穿過時產生的細絲狀結構之間的動態相互作用，為理解CMZ內的周期性過程提供了更完整的視角。

ALMA天線指向阿塔卡馬沙漠上的銀河系。圖片來源：NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott

“當我們查看ALMA顯示流出物的圖像時，我們注意到這些細長的細絲在空間上與任何恒星形成區域都存在偏移。與我們已知的任何物體不同，這些細絲確實讓我們感到驚訝。從那時起，我們就一直在思考它們到底是什么，”楊總結道。

這些“細長絲狀結構”是在二氧化硅和其他八種分子的發射線中意外偶然發現的。它們的視線速度一致，與外流速度不一致。因此，它們與之前發現的其他致密氣體絲狀結構類型并不相符；此外，這些細長絲狀結構與塵埃發射無關，而且似乎不處于流體靜力平衡狀態。

CMZ 中的細絲。面板 a：MeerKAT 對 Sgr A 區域的 1.28 GHz 射電發射。紅色方框標記了 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層。面板 b-c：ALMA 低分辨率（~1.9 英寸）觀測得到的 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層中 SiO 5-4 的積分強度圖。藍色方框標記了檢測到細絲的放大區域。虛線環表示我們 ALMA 高分辨率（~0.23 英寸）觀測的 50% 主光束。面板 d-g：我們 ALMA 高分辨率觀測得到的細絲狀 SiO 5-4 發射，對于 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層，其積分速度范圍分別為 [-20， 40] 和 [25， 75] 公里/秒。粉色虛線表示已識別的細絲。黑色輪廓線表示 ALMA 1.3 毫米連續譜發射，輻射能量水平為 [5， 25， 45] × 40 μJy beam?1。圖片來源：Yang 等人。

上海天文臺研究員、該研究論文的通訊作者呂星總結道：“我們的研究揭示了這些纖細的細絲是物質循環的重要組成部分，為迷人的銀河系中心景觀做出了貢獻。我們可以將它們想象成太空龍卷風：它們是猛烈的氣流，很快就會消散，并有效地將物質分布到環境中。”

這些纖細的絲狀結構最初是如何形成的尚不清楚，但楊教授團隊報告稱，沖擊波過程似乎是一個可能的解釋。這一推論基于幾個關鍵觀測結果：ALMA觀測中清晰可見的SiO 5-4旋轉躍遷、CH3OH脈澤的存在，以及這些纖細絲狀結構中復雜有機分子的相對豐度。

上海交通大學教授、該研究論文的通訊作者張懿晨強調：“ALMA的高角分辨率和非凡的靈敏度對于探測這些與細長絲狀結構相關的分子線發射，以及確認這些結構與塵埃發射之間沒有關聯至關重要。我們的發現標志著一項重大進展，能夠在更精細的0.01秒差距尺度上探測到這些細長絲狀結構，從而標記出這些激波的工作表面。”

這一突破為理解CMZ中發生的動態過程提供了更詳細的視角，并揭示了物質循環的周期性過程。首先，激波作為一種機制，形成了這些纖細的細絲，將SiO以及幾種復雜的有機分子（例如CH3OH、CH3CN和HC3N）釋放到氣相和星際介質中。然后，這些纖細的細絲消散，為CMZ中廣泛存在的激波釋放物質補充能量。最后，這些分子凍結成塵埃顆粒，導致損耗和補充之間的平衡。假設這些纖細的細絲在整個CMZ中都像本樣本中一樣豐富，那么損耗和補充之間就會存在周期性的平衡。

楊教授表示：“SiO是目前唯一一種能夠專門追蹤沖擊波的分子，而SiO 5-4旋轉躍遷僅在密度和溫度都相對較高的受沖擊波影響的區域才能探測到。這使得它成為追蹤CMZ致密區域內沖擊波誘發過程的特別有價值的工具。” 希望未來ALMA能夠通過涵蓋多個SiO躍遷的觀測以及橫跨CMZ的普查觀測，結合數值模擬，證實這些細絲狀結構的起源，以及銀河系這一特殊區域內周期性過程的可能性。

編譯自/ScitechDaily