ALMA在最大图像中揭示银河系中心

我们银河系核心的前所未有的景象

阿塔卡玛毫米波/亚毫米波阵列进行了迄今为止最雄心勃勃的观测：一幅扫过银河系中央分子区的宏大马赛克，跨越650多光年。这个图像被称为有史以来最大的ALMA观测，以非凡的细节揭示了我们银河系超大质量黑洞周围区域的隐藏化学和结构。

这幅马赛克是由许多单独的观测拼接而成的，像宇宙拼图一样组合在一起，形成了跨越天空的景象，宽度相当于三个并排放置的满月。这是第一次用ALMA的精度对银河系中心如此大面积的区域进行了勘测，所得数据已经产生了《皇家天文学会月刊》中发表的五篇论文，第六篇正在最后审查中。

"这是我们第一次能够看到为我们银河系心脏供应的分子结构的全部范围，"利物浦约翰摩尔斯大学天体物理学教授、ALMA中央分子区探索调查（ACES）的负责人史蒂夫·朗莫尔说。该数据集已通过ALMA科学门户向全球研究人员公布，允许他们挖掘数据以获得发现。

马赛克最直观的特征是穿过银河系中心的复杂冷分子气体丝网络。这些丝状物在之前较小的零碎研究中已被观测到，现在第一次以其全部范围显露出来。它们形成了一个网状结构，将气体从中央分子区的外围区域输送到密集团块，在那里新星诞生。

理解气体如何通过这些丝状物流动对于理解银河系中心的恒星形成至关重要。银河系中心是一个截然不同的环境，与我们太阳系所在的相对安静的邻域不同。温度更高，磁场更强，超大质量黑洞人马座A*的引力影响塑造了其范围内所有事物的动力学。

尽管环境条件极端，恒星确实在银河系中心形成，尽管速率和过程可能与银河系其他地方的恒星形成过程有很大不同。ACES调查提供了详细绘制这些过程所需的数据，追踪冷气体如何被收集、压缩并最终坍塌成新的恒星物体。

除了气体丝的物理结构外，ALMA调查在整个中央分子区检测到了数十种不同的分子。化学清单从标记暴力事件（如超新星冲击波）的简单化合物（如一氧化硅）到包括甲醇、丙酮和乙醇的复杂有机分子。

在银河系中心发现这些复杂有机分子对天体化学来说很重要。虽然这类分子以前在较小的区域被检测过，但ACES调查第一次绘制了它们在整个中央分子区的分布。这允许研究人员研究化学复杂性如何在不同的物理环境中变化，从相对平静的外层丝到靠近超大质量黑洞的湍流区。

甲醇、丙酮和乙醇都是在导致更复杂有机化合物的化学途径中起作用的分子。它们在银河系中心的丰度表明，即使在我们银河系最极端的环境中，生命前化学的构建块也广泛存在，这一发现对理解生命的化学起源具有意义。

位于智利阿塔卡玛沙漠，海拔约5000米的ALMA是世界上最强大的毫米波和亚毫米波望远镜。这些波长对人眼和光学望远镜不可见，但非常适合研究冷气和尘埃，这是恒星和行星形成的原始材料。

银河系中心在光学波长上基本上是不可见的，因为密集的星际尘埃云阻挡了可见光通过。然而，在ALMA观测的无线电波长下，这种尘埃是透明的，允许望远镜透过遮蔽物质看到隐藏的结构和过程。

组装马赛克是一项重大技术成就。ALMA在任何给定时刻的视场相对较小，因此对中央分子区这样大的区域进行勘测需要许多必须小心校准和拼接在一起的单独指向。所生成的数据集非常庞大，包含有关整个勘测区域气体的物理结构和化学成分的信息。

ACES调查预计将在未来数年产生发现。公开发布的数据集包含的信息远超任何单一研究小组能够分析的范围，该团队明确将调查设计为社区资源。世界各地的研究人员可以下载数据并进行自己的分析，搜索原始团队可能未曾预想的现象和模式。

来自欧洲南天天文台的关键研究人员阿什利·巴恩斯和卡塔琳娜·伊默一直在领导编目调查中检测到的分子物种并绘制其空间分布的工作。他们的工作，以及来自更广泛天文学界的贡献，将逐步建立我们银河系核心运作的物理和化学过程的完整图景。

对于天文学家来说，这幅马赛克既是一个结束也是一个开始。它是多年观测和数据处理的顶点，但它也是银河系中心研究新时代的起点。随着中央分子区以ALMA分辨率全面绘制，研究人员现在可以提出和回答关于我们银河系核心的问题，这些问题以前是不可能解决的。

本文基于Phys.org的报道。阅读原文。