在银河中心发现大量原行星盘

数十年来，天文学家发现了数百个原行星盘——被认为代表我们自己太阳系早期阶段的结构。然而，这些发现大多位于我们附近，可能无法反映银河系其他部分的极端条件。在最具动态性和动荡的区域之一是位于银河系银河中心附近的中央分子区（CMZ），在这里，高压和高密度可能以根本不同的方式塑造恒星和行星的形成。在CMZ中研究原行星系统为检验和完善我们对太阳系形成的理论提供了难得的机会。

一个由北京大学卡夫利天文与 astrophysics 研究所（KIAA, PKU）、上海天文台（SHAO）和科隆大学天体物理研究所（UoC）以及若干合作机构的国际研究团队，进行了迄今为止对银河系CMZ中三个代表性分子云的最敏感、最高分辨率和最完整的调查。他们的观察揭示了超过五百个密集核心——恒星形成的地点。结果已在《天文学与天体物理学》期刊上发表，标题为“对三个中央分子区云的双频统一探索（DUET）。显示低光谱指数的连续源云范围普查”。

在CMZ中检测到这样的系统是非常具有挑战性的。这些区域遥远、微弱，并深深嵌入厚厚的星际尘埃层中。为了克服这些障碍，团队利用了位于智利阿塔卡马沙漠的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA），这是一种干涉望远镜，可以结合分布在数公里外的天线信号，以实现非凡的角分辨率。“这使我们能够解析如1000个天文单位大小的结构，即使在距离CMZ大约170亿AU的地方，”上海天文台研究员、ALMA观察项目首席研究员的许教授说道。

通过重新配置阵列并在多个频率下观察，团队进行了“双频”观察——以相同的空间分辨率捕获两个不同的波长。正如人类视觉依赖色彩对比来理解世界一样，双频成像提供了有关这些遥远系统的温度、尘埃特性和结构的重要光谱信息。

令他们感到惊讶的是，研究人员发现超过70%的密集核心显著比预期更加红。经过仔细排除观察偏差和其他可能的解释后，他们提出了两个主要情景——都暗示原行星盘的广泛存在。

“我们惊讶地看到这些‘小红点’遍布整个分子云，”第一作者许风伟说道，他目前在科隆大学天体物理研究所进行博士研究。“它们告诉我们密集恒星形成核心的隐藏特性。”

一种可能的解释是，这些核心并不是如之前所想的透明、均匀的球体。相反，它们可能包含较小的、光学厚的结构——可能是原行星盘——这些结构在短波长下的自吸收导致观察到的红移。“这挑战了我们对典型密集核心的原始假设，”许风伟的博士生导师，卡夫利研究所的王可教授说。

另一种可能性涉及这些系统内尘埃颗粒的增长。“在稀疏的星际介质中，尘埃颗粒通常只有几微米大小，”负责该研究中辐射传输建模的国立中山大学物理系刘浩宇教授解释说。“但我们的模型表明，一些核心可能包含毫米大小的颗粒，这些颗粒只能在原行星盘中形成，然后被喷出——也许是通过原恒星流。”

无论哪种情景占主导地位，两者都需要原行星盘的存在。研究结果表明，已经存在超过300个这样的系统可能在这三个CMZ云中形成。“我们在银河中心探测到可能的原行星盘候选者令人兴奋。那里的条件与我们附近截然不同，这可能给我们提供了在这个极端环境中研究行星形成的机会，”来自科隆大学的彼得·希尔凯教授说，他是许风伟的博士共同指导教师。科隆大学天体物理研究所的计算资源和技术支持对这一结果做出了贡献。

未来的多波段观察将有助于进一步约束它们的物理特性和演化阶段，为我们提供一个难得的机会，深入了解即使在银河系最极端的角落，如何形成类似于我们自己的行星系统的早期过程。