夜空中的恒星看起来总是安静而稳定，然而，对于一颗正在诞生的恒星来说，成长过程远没有这么平静。想象一个尚未完全形成的“恒星婴儿”，深埋在厚厚的气体和尘埃之中。它并不是均匀地从周围环境中吸收物质，而可能会突然进入一种“暴食模式”：在短时间内吞下大量气体，使自身亮度迅速增强，随后又逐渐归于平静。理论研究表明，这种间歇性的剧烈吸积可能是恒星获得最终质量的重要方式之一。要捕捉这些短暂而珍贵的时刻并不容易。如今，天文学家记录下了这样的“暴食现场”。

近日，由中国科学院上海天文台刘铁研究员领衔的国际合作研究团队，利用位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA），对22个大质量原恒星团开展了系统的多历元毫米波连续谱观测研究，首次在其中确认发现了5个亮度发生显著变化的“光变源”。其中，一个位于极致密电离氢区（Hypercompact H II Region）中的致密源，在短短约一年时间内亮度增强了约68%。这一发现表明，大质量恒星形成过程可能比传统认识更加动态和活跃，也展示了高分辨率干涉阵观测对研究原恒星光变有巨大优势，为未来系统监测恒星形成过程中的光变观测和研究奠定了基础。相关成果发表在The Astrophysical Journal。

被尘埃掩埋的恒星成长史

恒星诞生于分子云内部。在形成早期，原恒星会不断从周围环境吸积气体和尘埃，并逐渐累积质量。过去，人们通常认为这一过程是缓慢而稳定持续的。然而，越来越多的研究表明，真实情况可能更加复杂：原恒星的吸积过程并非稳定进行，而是可能经历一次次短暂而剧烈的“暴食”事件。对于天文学家来说，要验证这一理论并不容易。年轻原恒星通常深埋在厚厚的气体和尘埃包层中，可见光和红外辐射难以穿透这些物质，因此无法直接看到其内部活动。幸运的是，毫米波和亚毫米波辐射能够穿透这些“宇宙迷雾”。因此，毫米波和亚毫米波连续谱观测成为研究恒星早期吸积活动的重要窗口。过去，天文学家已经在S255IR和NGC 6334I-MM1等少数大质量恒星形成区发现了毫米波爆发现象。但这些发现大多更像是在个别案例中“偶遇”到爆发，缺乏针对大样本的系统性搜寻。另一方面，JCMT等单天线望远镜虽然开展了长期监测项目，但由于空间分辨率有限，在距离遥远且结构复杂的大质量恒星形成区中，很难确定究竟是哪一个年轻恒星发生了变化。

用ALMA寻找隐藏的“暴食者”

为了寻找这些隐藏在尘埃深处的光变源，研究团队利用ALMA高分辨率和高灵敏度的优势，结合QUARKS与MaMMOtH两个ALMA巡天项目的数据，对22个大质量原恒星团开展了首次系统性的“毫米波光变盲搜”。研究样本覆盖距离约1.4至11.6千秒差距的大质量恒星形成区，时间间隔跨度从数小时至超过两年。为此建立了一套统一的数据处理流程，包括多历元图像对齐、相对流量标定、致密结构提取，从而实现了高精度的跨历元光度比较。

图1：数据处理及分析流程

如果把单天线望远镜比作远距离观察城市夜景，那么ALMA更像是一台能够看清宇宙细节的超级望远镜。它不仅能够看见整个恒星形成区，更能够分辨其中单个致密源，从而直接追踪恒星成长过程中的细微活动。经过严格的标准准差方法和差分图方法交叉检验，研究团队对383个致密源逐一进行了跨历元比较。绝大多数目标都保持稳定，但仍有少数源从样本中“跳了出来”——它们的亮度变化远远超出了观测误差所允许的范围。最终，研究人员确认发现了5个显著光变源。

图2：22个大原恒星团中383个致密源峰值强度归一化标准差（SD/SD_fid）与平均峰值强度的关系。水平虚线分别表示理论预期值的 1倍、3倍和5倍水平（即SD/SD_fid =1、3、5）。超过 5倍理论预期水平的源以红色标出，并被标记为候选光变源。

在所有候选体中，最引人注目的是位于大质量恒星形成区I13111-6228中的一个致密源。当研究团队将2023年和2024年的ALMA观测图像进行比较时，一个明显的亮斑出现在差分图中。进一步分析表明，该源位于一个极致密电离氢区内部。仅仅约一年时间，该源的1.3毫米连续谱峰值亮度便增强了约68%，远远超出了观测误差范围。换句话说，这颗尚在成长中的年轻恒星，可能在观测期间经历了一次短暂而显著的“暴食”。

图3：I13111–6228 的ALMA 1.3 mm连续谱双历元观测图像及其差分图。三个子图统一平滑到相同的合成波束大小 0.34″ × 0.27″，对应的波束以左下角白色实心椭圆表示。图中的青色圆圈标示了差分图中残差峰值位置。

理解大质量恒星如何成长

论文第一作者、中国科学院上海天文台博士生杨雨涵表示：“恒星形成并不是一个平静的过程，而可能伴随着频繁的吸积变化，并进一步反映为原恒星光度的变化。这次我们凭借ALMA的高分辨率，第一次能在那么多原恒星团里系统地寻找毫米波光变源。但这只是开始，未来我们希望通过更长时间、更高分辨率的监测，进一步理解恒星是如何在动态吸积过程中获得其最终质量的”。

论文通讯作者、中国科学院上海天文台研究员刘铁表示：“这是首次利用ALMA干涉阵数据，对大质量原恒星毫米波光变开展统计意义上的系统性盲搜，高分辨率干涉阵观测在研究复杂恒星形成环境中的原恒星光变方面具有不可替代的优势，也为未来系统开展大质量原恒星的时域监测研究奠定了基础。”

未来，随着更多ALMA监测项目的开展，天文学家有望持续记录这些隐藏在尘埃深处的年轻恒星的成长过程，捕捉更多光变和爆发事件。也许在不远的将来，我们将真正看清，大质量恒星究竟是如何在一次次“暴食”与沉寂之间，逐步成长为照亮银河系的恒星巨人的。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会以及多个国际合作项目的支持。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae5c08

科学联系人：

杨雨涵：yangyuhan@shao.ac.cn

刘  铁：liutie@shao.ac.cn