恒星是可以通过核聚变发光发热的等离子体星球，是构成可见宇宙的 “原子(atoms)”。离我们最近的恒星——太阳只是银河系千亿恒星中最普普通通的一员，是“个头”比较小的矮星。比太阳个头更大的恒星，特别是大质量恒星(质量大于8个太阳质量)虽然稀少，但却影响巨大[注1]。然而，大质量恒星是如何形成的还是一个未解之谜。  

　　中国科学院上海天文台刘铁博士领衔的国际团队，利用世界上最先进的毫米波/亚毫米波干涉阵ALMA，开展了针对大质量恒星形成区的3毫米观测项目(ATOMS: ALMA Three-millimeter Observations of Massive Star-forming regions)，首次对146个活跃的恒星形成区进行了超高分辨率的观测，将系统揭开这些分子云内部稠密分子气体的分布及大质量恒星形成的面纱。  

　　近日，该项目组在国际核心天文学期刊《皇家天文学会月刊》（MNRAS）上背靠背发表了两篇学术论文，发布了该项目的首批重要成果：首次基于光学薄的同位素分子谱线研究了“稠密分子的恒星形成定律”；揭示了不同相的气体在空间分布上的不同；并发现了“序列大质量恒星形成”，即在同一片分子云中，大质量恒星的形成过程存在明显的先后顺序。  

　　ATOMS项目应运而生  

　　大部分大质量恒星形成的区域分布在远离太阳系(>3260光年)的银盘上。这些区域消光严重，环境复杂。只有超高分辨率和超高灵敏度的毫米波/亚毫米波望远镜干涉阵列(如：ALMA)才能够细致解析这些区域的内部结构。然而，之前的高分辨率观测大多针对个别区域，而缺乏系统的大样本观测研究。  

　　此前观测表明，分子云中最致密(A_V>8 mag)的部分才是恒星形成的场所。因此，揭示分子云中稠密分子气体的分布，是研究恒星形成的关键。然而，受限于分辨率，之前并没有对大质量恒星形成区内部稠密分子分布的系统研究。  

　　“正是由于这些存在的问题，我于2019年就萌生了一个想法，计划利用ALMA开展大样本的大质量恒星形成区观测项目。”刘铁说。  

该项目是目前ALMA在3毫米波段进行的样本最大的大质量恒星形成区观测项目（见图1）。“ATOMS项目获取了海量的分子谱线跃迁数据。与一氧化碳分子相比，这些分子谱线可以揭示分子云中更加稠密的气体。”论文的第二作者，美国德州大学奥斯汀分校的资深教授Neal J. Evans指出。刘铁补充到，“此外，ALMA的超高分辨率和超高灵敏度解析了这些恒星形成区的内部结构(见图2)。”

图1：ATOMS项目观测的146个大质量恒星形成区(红色+)在银河系的分布。大部分观测目标都分布在旋臂上。

图2：12个ATOMS观测的恒星形成区的ALMA 3 毫米的连续谱图像。等值线或者亮度最强的地方正形成大质量恒星。