上海天文臺探測到星際空間最強甲醛分子脈澤輻射

　　近日，中國科學院上海天文臺研究員沈志強團隊利用天馬望遠鏡探測到目前已知最強的甲醛分子脈澤輻射，其輻射強度比以前探測到的9個甲醛分子脈澤中最強的（~2 Jy，出現在恒星形成區NGC7538）高出一個量級。

圖1.天馬望遠鏡測得的NGC7538甲醛分子脈澤輻射及光變。左圖：NGC7538的4.8 GHz甲醛脈澤輻射（上）及14.5 GHz甲醛輻射（下），兩個輻射成分用Comp.I 及Comp.II標出，紅色線代表對輻射成分的高斯擬合。右圖：NGC7538的4.8 GHz甲醛脈澤光變曲線，天馬望遠鏡數據對應于最后一個歷元（2016年4月），其它數據來源于早期發表的文獻。可以看出，兩個脈澤輻射成分遵循相似的光變規律，但Comp.II相比于Comp.I有約14年的延遲，預示高速激波（>80km/s）正從Comp.I向Comp.II傳遞

圖2.利用天馬望遠鏡在恒星形成區G339.88-1.26探測到的截至目前最強甲醛脈澤。左圖：該源中6.7GHz甲醇脈澤（上）與甲醛脈澤（下）譜輪廓比較。右圖：天馬望遠鏡OTF成圖觀測結果，藍色實線為甲醛脈澤輻射，紅色虛線為甲醛吸收，背景為WISE 3.4微米（藍）、4.6微米（綠）和12微米（紅）的三色圖

　　相比于羥基、甲醇、水和一氧化硅等分子脈澤在銀河系內恒星形成區或主序后星拱星包層中的廣泛分布，之前探測到的銀河系內甲醛分子脈澤源只有9個，它們都來自于大質量恒星形成區，輻射頻率在4.83 GHz。由于探測到的甲醛脈澤源數目少，使得甲醛脈澤的搜尋成為射電天文的一個重要觀測課題。如此低的探測率可能與苛刻的甲醛脈澤激發條件有關，而在恒星形成過程中，滿足激發條件的時標又十分短暫，這都使得甲醛脈澤成為研究恒星形成過程某一特殊階段的重要工具，因此對甲醛脈澤激發機制的研究十分重要。

　　目前關于甲醛脈澤的激發機制仍不清楚。早期研究提出了一些理論模型，如強的致密HII區射電連續輻射背景可以為甲醛脈澤抽運提供必要的能量。但觀測表明除了NGC7538中呈現了非常致密HII區（EM>108 pc cm-6），其它甲醛脈澤源通常不具有這樣致密HII區環境，這意味著這種輻射抽運機制很難用于解釋絕大部分甲醛脈澤輻射。另外有研究提出，甲醛脈澤可能是由碰撞抽運引起的，即：膨脹HII區與星周星際介質碰撞產生的激波，提供脈澤抽運所需能量。日前，沈志強團隊依據NGC7538中甲醛脈澤的光變特性，提出甲醛脈澤是在更快速的激波環境下激發，速度高達80km/s以上。如此高速激波，不可能是由慢速膨脹的HII區引起的，而更可能是由快速的大質量恒星噴流引起，因此甲醛脈澤可能在高速噴流環境下更容易被激發。基于此，研究者利用天馬望遠鏡對一些典型的具有高速外流或噴流的大質量恒星形成區開展了甲醛脈澤的搜尋工作，并成功在一個恒星形成區（G339.88-1.26）中探測到了截至目前最強（~19 Jy）的甲醛分子脈澤輻射。研究者指出，該源對天馬望遠鏡的地平高度只有12度，正是借助先進的主反射面主動調整系統，天馬望遠鏡對此低俯仰源的觀測實現了天線效率達60%的最佳觀測效果。上海天文臺客座研究員、廣州大學教授陳曦認為，由于這個最強的甲醛脈澤的寄主天體的噴流已經處于電離狀態，因而甲醛脈澤很可能是在電離噴流引起的激波環境下被激發的：一方面噴流導致的碰撞激波會引起抽運；另一方面電離環境下的自由-自由連續譜輻射為脈澤放大提供了更多的背景輸入光子，從而形成如此強的甲醛脈澤輻射。該研究為進一步的甲醛脈澤搜尋工作提供了選源依據，即具有電離噴流環境的天體。盡管對甲醛脈澤的研究已有近40年，但對它的重新認識卻剛剛開始，天馬望遠鏡將能夠在甲醛脈澤的觀測研究領域發揮更大的作用。

　　相關研究成果發表在《天體物理學雜志快報》上。