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大质量恒星是指质量大于8倍太阳质量的恒星，它们往往形成于大尺度、复杂且高度动态的气体环境中，在宇宙演化过程中具有决定性作用。中国科学院上海天文台主导的研究团队成功揭示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，为探索大质量恒星的形成之谜迈出重要一步。相关研究成果日前发表在国际学术期刊《科学进展》上。审稿人认为，这一成果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。
大质量恒星通过强烈的辐射、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。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。
文章第一作者兼通讯作者、上海天文台博士麦晓枫介绍，科研团队利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）和甚大阵射电望远镜（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天文单位覆盖到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：首先，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；其次，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；最后，在约2000天文单位的核心范围内，气体形成旋转塌缩包层，并在约500天文单位范围内形成具有开普勒旋转运动特征的吸积盘。
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。进一步计算发现，在大恒星形成区中，不同尺度下的气体下落速度不一样。麦晓枫说：“这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。”
据悉，上海天文台恒星形成团队联合国内外合作者，已用5年时间积累了140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、上海天文台研究员刘铁说：“我们正利用项目数据及后随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。”（记者齐芳、颜维琦）
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