宇宙中有個baby誕生啦！它到底是個啥？_風聞

最近，小天聽説國家天文台星際介質演化及恆星形成團組的博士研究生左沛與李菂研究員，綜合利用Arecibo 300米射電望遠鏡、美國FCRAO望遠鏡以及Herschel空間紅外天文台，首次觀測到了正在誕生的分子暗雲！他們題為“Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time”的文章也已經在美國《天體物理》雜誌發表，並被《自然》雜誌選為研究亮點予以介紹。

好奇的小天，又一次產生了疑惑，啥是分子暗雲？怎麼就知道它是剛剛誕生的呢？為此特別請來李菂研究員來一一解答疑惑。敲黑板啦！

Q:什麼是星際暗雲？暗雲是否不發光？

**李菂：**暗是指肉眼難見。暗雲的稱謂可以追溯到光學大視場成像的先驅E.E. Barnard，他的天文底片上有明顯缺乏恆星的區域，不能通過恆星分佈的統計漲落解釋，而是塵埃消光的結果，稱之為暗雲。進一步的觀測，特別是在射電和紅外波段，發現其中富含原子、分子氣體，並且是新太陽、新行星甚至可能的太空生命的誕生地。

Q:星際暗雲演變為恆星需要什麼條件？

**李菂：**星際暗雲向恆星演化關鍵的一步是原子變分子。有了大量的分子做為“冷卻劑”，可以高效的輻射走壓力支撐所需的能量，促成引力塌縮及最終的核反應點火，標誌着新的恆星的誕生。

Q:如何判斷髮現的分子暗雲是處於正在誕生的過程？

**李菂：**分子暗雲擁有銀河系內最低的熱温度，僅有10 K左右。這種温度下星際分子含量佔絕對主導地位的氫分子缺乏有效的激發機制，難以被直接探測到。這是為什麼銀河系內分子暗雲數以萬計，相關文章數以千計，而這項工作依然以“首次捕捉暗雲的誕生”為題發表。

通過中性氫窄線自吸收方法，我們首次明確測量到分子暗雲B227邊緣富含冷原子的環狀結構，並且揭示了B227中的原子丰度由外向內顯著下降。結合其他分子如一氧化碳以及塵埃的觀測，這些結果表明B227這一分子暗雲正在形成。而B227正是經典的以Barnard命名的分子暗雲星表中的一個，也就是Barnard暗雲第227個。

動圖展現了一個正在長成中的分子暗雲。藍色的環狀結構對應了外圍的冷原子，在譜線上顯示為藍色的吸收低谷，被國家天文台科學家稱作HINSA。原子環內部是紅色的一氧化碳暗雲，顯示原子到分子的轉換基本完成。雲的內核有是更加暗的塵埃核。天體化學模型分析表明，這個分子暗雲的年齡是600萬年，在銀河系裏面依然是新生嬰兒。這也是首次在觀測中捕捉到暗雲的誕生。

Q:什麼是中性氫窄線自吸收觀測方法？

**李菂：**原子氫氣在銀河系中俯拾皆是，使得具體確認其在視線上的來源尤其困難。在分子云中，氫原子通過與氫分子碰撞被製冷到遠低於銀河系原子星際介質的温度，並且擁有小的多的湍流，因而在銀河系的中性氫輻射譜上呈現為窄吸收。

這種與分子明確相關的氫的吸收現象被我們在2003年首次系統確認，並命名為中性氫窄線自吸收（即HINSA），以區別來源於原子星際介質温度漲落的自吸收和背景亮源引發的中性氫吸收。隨後一系列的研究表明，中性氫窄線自吸收分析可以約束恆星形成時標，是星系演化氣體模擬中分子形成速率唯二的觀測基礎之一。

Q:發現它為中國天眼FAST提供了哪些幫助？有哪些意義？

**李菂：**中性氫窄線自吸收的延展性使得現有的干涉陣例如JVLA不能有效開展觀測研究。以上工作主要基於2017年以前一直引領全球單天線的阿雷西博望遠鏡的數據。FAST在靈敏度和天區覆蓋上的綜合優勢，使得我們可以大量研究銀河系近鄰分子云的中性氫窄線自吸收現象，系統捕捉誕生中的暗雲，約束恆星形成時標及恆星形成速率等重要的基礎天體物理量。

中性氫吸收線研究的科學潛力在數篇論文，包括SKA白皮書相關章節，都有所論述。這一發現，使得我們對FAST在相關方向上有所作為充滿信心。

受訪專家

李菂，國家天文台研究員，FAST首席科學家，主要從事觀測天文學研究和射電天文設備的設計研發。

左沛，國家天文台星際介質演化及恆星形成團組博士研究生畢業，現為北京大學科維理天文與天體物理研究所博士後。