近日，中国科学院上海天文台主导的研究团队依托阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA），并结合甚大阵（VLA）的脉泽天体测量观测，成功揭示了大质量恒星形成区中气体从大尺度流向小尺度的完整过程。相关研究成果于北京时间2025年9月18日在国际著名学术期刊Science Advances正式发表。审稿人给予该工作高度评价，认为是揭示大质量恒星形成层级结构及气体吸积过程的“教科书”案例。

质量大于八倍太阳质量的大质量恒星在宇宙演化过程中具有决定性作用。它们通过强烈的辐射、星风以及最终的超新星爆炸，深刻改变着星际介质的物理和化学性质，进而推动星系结构形成及演化。然而，与小质量恒星“单体塌缩”的形成路径不同，大质量恒星往往形成于大尺度、复杂且高度动态的气体环境中。研究气体如何从大尺度逐步输运到小尺度并形成围绕大质量原恒星的吸积盘，是目前大质量恒星形成研究的核心课题。

科研团队利用ALMA和VLA对距离太阳约1.25千秒差距的大质量恒星形成区IRAS 18134-1942进行了多尺度高分辨率观测，分辨率动态范围从40天文单位覆盖的2500天文单位，系统性地揭示出一个“类旋臂—棒状—旋转包层—吸积盘”的复合系统（图1）：

1. 在约2万天文单位尺度上，数条清晰的气体流将外围物质向核心输运，形成多条“旋臂”，部分气流符合旋转内落的运动特征，显示大尺度团块的整体旋转坍缩可能在塑造气体内流形态和运动学方面起到关键作用。

2. 这些“旋臂”状气体流连接至一个约7500天文单位长的棒状结构，进一步将气体引导至核心区域。

3. 在约2000天文单位的核心范围内，气体形成了旋转塌缩包层，并在约500天文单位范围内形成了具有开普勒旋转运动特征的吸积盘。

图1 层次化的气体运动学结构。左上开始顺时针从大尺度到小尺度变化。左上： “类旋臂”系统；右上：“棒状”结构；右下：旋转下落的气体包层；左下：吸积盘

图 2分子云中类迷你“棒旋星系”层级气体结构的艺术图(由百度AI平台制作)

这是迄今为止首次在单个大质量气体团块中同时揭示多个环节相互连接的完整层级气体系统，与棒旋星系具有惊人的相似性（图2）。

进一步计算发现，“旋臂”和棒状结构的气体运输速率保持在10-4太阳质量每年的水平，显示出一种层级但连续的气体下落模式；而在吸积盘尺度的气体吸积率则下降到10-6太阳质量每年，表明旋转塌缩包层和吸积盘共同调控了原恒星的吸积率。值得注意的是，旋转包层与由甲醇脉泽示踪的原恒星盘速度梯度相反（图一左下），这可能是由于湍动的气体输入同时带来了不均匀的角动量输入，导致了原恒星盘的角动量轴发生摆动，使得原恒星盘的倾角与气体包层的倾角“符号相反”，而并非完全的“旋转方向相反”（图3）。

图3 气体包层和原恒星盘“倾角符号相反”示意图

文章第一作者兼通讯作者，上海天文台麦晓枫博士表示：“该项结果表明大质量分子云团块的内部结构并非简单或无序，而是可以呈现出类似棒旋星系的高度有序层级结构。它为大质量恒星如何在复杂环境中积聚质量、形成吸积盘提供了关键观测证据。”上海天文台恒星形成团队联合国内外合作者，利用ALMA历经5年的时间积累了一百四十多个大质量恒星形成区的多尺度观测数据，即ALMA-ATOMS/QUARKS观测项目。文章共同通讯作者及ALMA-ATOMS/QUARKS观测项目负责人，上海天文台刘铁研究员表示：“我们正利用ALMA-ATOMS/QUARKS观测项目数据及后续观测数据对更多类似系统开展深入研究，结合课题组正在开展的高精度数值模拟，进一步揭示大质量恒星形成的完整图景”。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady6953

科学联系人：

麦晓枫 maixf@shao.ac.cn

刘铁 liutie@shao.ac.cn