ALMA展示能力,揭示宇宙蒸汽喷射和分子

ALMA展示能力,揭示宇宙蒸汽喷射和分子

说明ALMA的高频观测能力。来源:NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

一组科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列的最高频率能力(阿尔玛)发现了从一颗新形成的恒星喷射出的热水蒸气。研究人员还在这颗恒星的“摇篮”附近发现了一种惊人的分子“指纹”。

智利的ALMA望远镜改变了我们观察宇宙的方式,向我们展示了宇宙中原本看不见的部分。这组精确得令人难以置信的天线研究的是相对高频的无线光波,波长从零点几毫米到几毫米不等。最近,科学家们将ALMA推向了极限,利用该阵列的最高频率(最短波长)能力,可以窥见跨越红外光和无线电波之间的部分电磁波谱。

“从地面上通常不可能进行这样的高频射电观测,”弗吉尼亚州夏洛茨维尔国家射电天文台的化学家布雷特·麦圭尔(Brett McGuire)说。他是《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上一篇论文的主要作者。“它们需要ALMA的极高精度和灵敏度,以及地球上可以找到的一些最干燥和最稳定的大气条件。”

ALMA展示能力,揭示宇宙蒸汽喷射

上图的蓝色部分显示了ALMA在猫爪星云恒星形成区域探测到的谱线。下方的黑色部分是欧洲航天局赫歇尔太空天文台探测到的线。ALMA观测到的光谱线是原来的十倍多。请注意,赫歇尔的数据已被倒置以作比较。标记两条分子线供参考。来源:NRAO/AUI/NSF, B. McGuire等人。

理想的大气条件下,发生在2018年4月5日晚,天文学家们训练有素的阿尔玛的最高频率,亚毫米视觉上好奇的猫爪星云区域(也称为NGC 6334 i),恒星形成复杂的距地球约4300光年的方向南天星座天蝎座。

之前ALMA对这一区域的低频率观测揭示了动荡的恒星形成,一个高度动态的环境,以及星云内部丰富的分子。

为了观测更高的频率,ALMA天线被设计成适应一系列“波段”(编号为1到10),每个“波段”研究频谱中的一个特定的片段。波段10接收器在任何ALMA仪器的最高频率(最短波长)观测,覆盖波长从0.3到0.4毫米(787到950千兆赫),这也被认为是长波红外光。

这些首次使用Band 10进行的ALMA观测产生了两个令人兴奋的结果。

NGC 6334I的ALMA图像

NGC 6334I的ALMA合成图像,这是猫爪星云的一个恒星形成区域,由ALMA的最高频率图像波段10接收器拍摄。蓝色的成分是重水(HDO)从单个原恒星或小团原恒星中流出。橙色区域是同一区域的“连续发射”,科学家发现该区域极其丰富的分子指纹,包括最简单的糖相关分子乙醇醛。来源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO): NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

原恒星的蒸汽喷射

ALMA的第一个波段10的结果也是最具挑战性的结果之一,直接观测了从一个大质量原恒星流出的水蒸气喷射流
S在区域内。ALMA能够探测到重水(由氧、氢和氘原子组成的水分子,这些原子是氢原子,原子核中有一个质子和一个中子)自然发出的亚毫米波光。

“通常情况下,我们根本无法从地面直接看到这种特殊的信号,”NRAO的天文学家、这篇论文的合著者Crystal Brogan说。“地球的大气,即使在非常干旱的地方,仍然包含足够的水蒸气,完全压倒任何宇宙来源的信号。然而,在阿塔卡马沙漠异常原始的条件下,ALMA实际上可以探测到这种信号。这是地球上其他望远镜无法做到的。”

当恒星开始从大量的尘埃和气体云中形成时,恒星周围的物质落到了中心的质量上。然而,这部分物质以一对喷流的形式离开了正在成长的原恒星,带走了包括水在内的气体和分子。

研究人员观察到的重水正从单个原恒星或小团原恒星中流出。这些喷流的方向与来自同一区域的更大、可能更成熟的喷流方向不同。天文学家推测,ALMA观测到的重水喷流是相对较新的特征,刚刚开始向周围的星云移动。

这些观察还表明,在这些水与周围气体撞击的区域,低频水脉泽——自然发生的微波激光——会爆发。这些脉泽是由美国国家科学基金会(National Science Foundation)的超大阵列(Very Large Array)在互补观测中发现的。

ALMA 10波段重水图像

ALMA波段10拍摄的猫爪星云中,重水(HDO)从NGC 6334I流出。这幅图像是ALMA最高频率观测能力的结果,它推动了地面天文学的极限。信贷:阿尔玛(ESO / NAOJ NRAO);NRAO / AUI / NSF,萨克斯顿

ALMA观察到大量的分子

除了拍摄太空物体的惊人图像外,ALMA还是一种极其敏感的宇宙化学传感器。当分子在空间中翻滚和振动时,它们会自然地发出特定波长的光,在光谱中呈现出尖峰和低峰。ALMA的所有接收波段都可以探测到这些独特的光谱指纹,但这些最高频率的谱线提供了对较轻、重要的化学物质(如重水)的独特见解。它们还提供了从复杂的、温暖的分子中看到信号的能力,这些分子在较低频率下的谱线较弱。

通过使用10波段,研究人员能够观察到光谱中一个分子指纹异常丰富的区域,包括最简单的糖相关分子乙醇醛。

与之前欧洲航天局赫歇尔空间天文台(Herschel Space Observatory)对同一源的最佳观测结果相比,ALMA观测到的光谱线是前者的十倍多。

“我们在这个巨大的恒星形成区域周围发现了大量复杂的有机分子,”McGuire说。“这些结果令天文学界兴奋不已,并再次表明ALMA将如何重塑我们对宇宙的理解。”

通过使用动态调度,ALMA能够在大气条件“刚刚好”时利用这些难得的机会窗口。这意味着,望远镜操作人员和天文学家仔细监测天气,并进行那些最适合当前条件的计划观测。

布罗根总结说:“当然,使用Band 10进行成功的观测必须满足相当多的条件。”“但ALMA的这些新结果表明,这些观测结果是多么重要。”

“为了保持在发现的前沿,天文台必须不断创新,以推动天文学能够完成的前沿工作,”美国国家科学基金会国家射电天文台项目主任乔·佩斯(Joe Pesce)说。“这是NSF的NRAO和ALMA望远镜的核心元素,这一发现推动了陆基天文学的极限。”

国家射电天文观测站是美国国家科学基金会的一个设施,在联合大学公司的合作协议下运作。

发表:Brett a . McGuire等,“NGC 6334I的ALMA 10波段谱线调查的首次结果:在HDO和CS中检测到乙醇醛(HC(O)CH2OH)和新的紧缩型双极流出物”ApJL, 2018;2041 - 8213 . doi: 10.3847 / / aad7bb

1评论“ALMA展示能力,揭示宇宙蒸汽喷射和分子”

  1. Sankaravelayudhan Nandakumar,天体物理学家|2018年10月25日凌晨4点53分|回复

    Mira Rogue的影子是由电离气体形成的外星阴影物质
    这些残骸还富含甲醛(H2CO)和甲烷酰胺(NH2CHO)等有机分子。对日球层(太阳周围的磁泡)的一种新的模拟显示,它有两个相对较短的喷流从头部流出。如果他可能产生的法国女人定居在阿拉文德道场'在本地治里米拉斯罗杰她指挥时,他们负责strom,现在我们被迫相信胭脂阴影漫游在海面上。它的尾巴可以很容易地拉动日球层中的磁场,当它流过时,就形成了这个长长的尾巴。但事实证明,磁场足够强大,可以抵抗这种拉力,所以它们挤压太阳风,创造了这两个喷流。”这种挤压作用可能产生遗传元素,有时形成不好的元素阴影

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