“當(dāng)你想到現(xiàn)代天文學(xué)時(shí)，其中一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是考慮分子材料的生命周期，”約翰霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家 Arshia Jacob 說。擴(kuò)散的原子氣體變成致密的分子氣體，最終形成恒星和恒星系統(tǒng)，并隨著時(shí)間的推移繼續(xù)演化。盡管天文學(xué)家了解這個(gè)過程的大部分內(nèi)容，但仍有很多缺失的部分。
雅各布是最近一篇描述銀河系星際介質(zhì)特征的論文的主要作者，該論文使用平流層紅外天文臺(tái) SOFIA 來填補(bǔ)這些缺失的部分。通過研究六種氫化物，這是一種分子或分子離子，其中一個(gè)或多個(gè)氫原子通過共享的電子對(duì)與較重的原子結(jié)合，雅各布和她的合作者希望更好地了解分子云是如何形成和演化的。
在一片明亮的藍(lán)色恒星上可以看到綠色和紅色的星云漩渦，W3 發(fā)出白色的光。 兩個(gè)光譜覆蓋在背景圖像上，一個(gè)綠色，一個(gè)紅色。
W3 是 HyGAL 項(xiàng)目將研究的 25 個(gè)銀河系區(qū)域之一，在這張由美國(guó)宇航局廣域紅外巡天探測(cè)器 (WISE) 拍攝的心與靈魂星云圖像的右上角，被視為發(fā)光的白色區(qū)域。SOFIA 研究了 W3 中六個(gè)氫化物分子的豐度，其中兩個(gè)的光譜顯示在左側(cè)的框中。圖片來源：星云：NASA/JPL-Caltech/UCLA；光譜：雅各布等人。
氫化物對(duì)天文學(xué)家很有用，因?yàn)樗鼈兪切请H介質(zhì)不同相的非常敏感的示蹤劑，而且它們的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，氫化物觀測(cè)提供了對(duì)存在的材料量的測(cè)量。
多研究者 SOFIA 項(xiàng)目銀河系中的氫化物 (HyGAL) 使用多種氫化物分子選擇，允許監(jiān)測(cè)不同的過程，同時(shí)補(bǔ)充其他觀察結(jié)果。例如，所研究的氫化物之一氬只能在幾乎純?cè)託怏w的區(qū)域中形成，因此檢測(cè)到氬表明其周圍環(huán)境中的分子含量較低。其他氫化物分子可以表明存在稠密氣體、強(qiáng)烈的宇宙輻射、湍流等。
“氫化物很小，但我們可以從它們身上了解很多。小分子，大影響，”雅各布說。
在項(xiàng)目的第一階段，該小組比較了銀河系三個(gè)區(qū)域的氫化物豐度：兩個(gè)恒星形成區(qū)域 W3(OH) 和 W3 IRS5，以及一個(gè)年輕的恒星物體 NGC 7538 IRS1。盡管前三個(gè)來源的平均特性相似，但整個(gè) HyGAL 項(xiàng)目計(jì)劃研究總共 25 個(gè)區(qū)域。剩下的 22 個(gè)來源覆蓋了從內(nèi)星系一直到外星系的距離，他們預(yù)計(jì)會(huì)有截然不同的結(jié)果。
“來源非常不同：其中一些年齡較大，一些化學(xué)物質(zhì)含量更高，一些更年輕，仍在形成恒星，”雅各布說。“所有這些都會(huì)影響所形成分子的性質(zhì)，例如它們的豐度?！?/p>
遠(yuǎn)離銀河系中心，從原子氣體到分子氣體的轉(zhuǎn)變發(fā)生了變化，宇宙射線的電離率變化很大，這將導(dǎo)致分子存在的比例和其他性質(zhì)的差異。這將有助于天文學(xué)家了解銀河系內(nèi)環(huán)境的多樣性。
“想象一下，你正在進(jìn)入云中。在每個(gè)階段，你都會(huì)看到不同的分子，隨著云的密度越來越大，它反映了云特性的變化，”雅各布說?！巴ㄟ^這個(gè)項(xiàng)目，我們正在填補(bǔ)這個(gè)過渡的屬性?！?/p>
目前，只有少數(shù)幾個(gè)明亮的光源會(huì)發(fā)出廣泛的輻射，并以這種方式進(jìn)行了研究，所有這些都集中在星系內(nèi)部。SOFIA 數(shù)據(jù)將使現(xiàn)有數(shù)據(jù)增加一倍以上，提供有關(guān)這些云的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)以及致密物質(zhì)來自何處的更多答案。
SOFIA 是目前唯一能夠以所需分辨率訪問這些觀測(cè)所需頻率范圍的設(shè)施。SOFIA 上的德國(guó)太赫茲頻率接收器天文學(xué) (GREAT) 儀器允許同時(shí)監(jiān)測(cè)五個(gè)頻率，每個(gè)頻率調(diào)諧到所討論的六種氫化物中的五種，以確定云源的組成。新墨西哥州索科羅附近的 Karl G. Jansky 超大陣列等天文臺(tái)對(duì)無線電波長(zhǎng)的研究補(bǔ)充了這些研究。
雅各布說：“我們的想法不僅是向我們提供有關(guān)來源本身的信息，而且還提供有關(guān)它們交叉的不同旋臂的信息，使這真正成為一項(xiàng)對(duì)銀河系尺度的研究?！?/p>
SOFIA 是 NASA 和德國(guó)航天局在 DLR 的聯(lián)合項(xiàng)目。DLR 為任務(wù)提供望遠(yuǎn)鏡、定期飛機(jī)維護(hù)和其他支持。美國(guó)宇航局位于加利福尼亞硅谷的艾姆斯研究中心與總部位于馬里蘭州哥倫比亞的大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)和斯圖加特大學(xué)的德國(guó) SOFIA 研究所合作管理 SOFIA 計(jì)劃、科學(xué)和任務(wù)運(yùn)營(yíng)。這架飛機(jī)由位于加利福尼亞州帕姆代爾的美國(guó)宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心大樓 703 維護(hù)和操作。SOFIA 于 2014 年實(shí)現(xiàn)了全面運(yùn)營(yíng)能力，任務(wù)將不遲于 2022 年 9 月 30 日結(jié)束。SOFIA 將在此之前繼續(xù)其正常運(yùn)營(yíng)，包括科學(xué)飛行和今年夏天部署到新西蘭。
作者蘇菲亞發(fā)表于2022 年 5 月 31 日
