分子云与恒星形成研究

科研工作和成果：

　　一、大质量分子云核的性质和大质量恒星形成

　　大质量恒星是星系中的主要光源，也是宇宙中重元素合成的主要场所。来自大质量恒星的星风和高能辐射以及大质量恒星死亡阶段的超新星爆发对星际介质的能量和化学丰度产生决定性影响，是影响星系中恒星形成效率和速率的重要因素。大质量恒星的演化导致致密天体（中子星和黑洞）的产生，也是宇宙咖玛暴和极高能宇宙射线的起源。大质量恒星在星系的形成和演化中起重要作用。由于大质量恒星演化快、数量少，对大质量恒星形成过程的研究相比于小质量恒星要困难得多，目前关于大质量恒星形成过程有许多重要问题仍然悬而未决，例如大质量恒星形成是通过吸积过程还是并合过程？年轻大质量恒星的星周结构如何，大质量恒星的形成条件是什么等。红外偏振成像观测是探测年轻大质量恒星星周结构的有效手段。我们使用国际一流光学／红外望远镜，例如SUBARU望远镜，对年轻大质量恒星进行近红外高分辨率偏振成像观测，探测年轻大质量恒星的星周结构，取得一批具有国际显示度的突破性成果，例如在猎户座的BN天体周围探测到偏振盘，这一结果表明大质量恒星可以通过吸积过程形成，论文于2005年发表在《Nature》。

　　大质量恒星起源于大质量分子云核。高分辨、多波段探测大质量分子云核的物理和化学性质，例如密度、温度、运动学、化学组成等，是研究大质量恒星形成条件和形成过程的重要手段。我们使用国内青海德令哈13.7米射电望远镜对冷IRAS源进行了CO分子谱线观测，对探测到的大质量分子云核使用日本45米射电望远镜进行了CS分子谱线观测；对一批水脉泽源使用美国/德国10米HHT毫米波望远镜进行了CO分子谱线观测；对一批红外暗云进行了CO分子谱线观测并使用德国Effelsberg 100米射电望远镜进行了NH3分子谱线观测。通过观测建立了较完备的大质量分子云核的样本，为系统研究大质量分子云核的物理和化学性质奠定了基础，对个别样本已经取得了翔实的资料。

　　二、星团形成

　　观测发现恒星主要以成团的模式形成。要全面理解恒星形成过程就必须理解星团的形成过程。年轻星团仍然嵌埋在稠密分子气体中，红外观测是研究年轻星团性质的有效手段。我们通过对恒星形成区的近红外成像观测，在M17等分子云中发现了一批嵌埋年轻星团，并且发现年轻星团之间的时间序列关系。在AFGL 5157恒星形成区探测到极年轻的原星团以及与之成协的分子云核和红外喷流，提供了星团形成早期阶段的很好样本。利用Monte Carlo方法对红外K波段光度函数进行了数值模拟，详细研究了星团初始质量函数、年龄、恒星形成率、以及双星比例对红外K波段光度函数的影响。对一批由我们自己发现的年轻星团的性质进行了统计分析，对其中部分年轻星团的性质进行了细致研究，研究了年轻星团的初始质量函数、年龄、恒星形成历史、双星比例等对K波段光度函数的影响。

　　三、年轻星的性质和年轻星的质量外流

　　年轻星的性质，例如吸积和外流、高能辐射、光变、磁场和自转、双星比例等，是重要的研究课题，同时提供了恒星形成过程的重要线索。我们使用Calar Alto 3.6米望远镜及其自适应光学系统对一批年轻星进行了近红外高分辨率成像观测，在年轻星FU Orionis的周围探测到一颗伴星，这一结果表明FU Orionis暴发有可能是由于伴星对主星星周盘产生扰动而使主星星周盘的吸积增强，从而产生暴发。对Aquila　Rift等恒星形成区进行了宽带R、I波段和Ha窄带成像观测，新发现一批 Ha发射线星候选体。

　　年轻星质量外流的发现完全出乎人们的预料－在年轻星的周围首先探测到的不是质量下落，而是沿恒星自转轴两极方向向外的高速质量外流。观测发现从极年轻的原恒星（０型年轻星）到较为演化的年轻星（CTT 星）普遍驱动质量外流。由于分子云核的角动量远远大于年轻星的角动量，理论研究表明质量外流是恒星形成过程中不可或缺的成分。我们使用国家天文台60/90 cm施密特望远镜首次对北天的恒星形成区Perseus、 Taurus、 Orion等进行了全覆盖光学外流（HH天体）搜寻。利用ESO 2.2m/WFI望远镜对南天恒星形成区R CrA、Cha I、Lupus I和III、Vela C进行了全覆盖高灵敏度光学外流搜寻，新发现90多个个HH天体，占国际发现总数约10%。在一批极小质量恒星和褐矮星周围也发现了光学外流的存在，暗示质量外流是一个普遍现象，可能会延伸到亚星体质量范围。在近红外、中红外和毫米波段也探测到一大批年轻星驱动的外流。以外流为示踪研究了分子云中的恒星形成活动。研究了年轻星外流对分子云动力学的影响。

　　四、星系中的分子气体

　　不同星系中星际气体的物理条件，例如金属丰度和辐射场强度，有很大差别。在不同物理条件下，恒星形成会有什么差别？这对完整理解恒星形成过程和星系的形成和演化具有重要意义。我们对邻近的星暴星系和并合星系进行多分子和多谱线的综合研究，例如对星系M82和NGC 4945中分子气体的研究是该研究领域的典型研究工作。对大麦哲伦云中N113恒星形成区作了分子谱线搜寻观测研究，探测到50多条分子跃迁的发射谱线，分析得出十余种分子的丰度和碳氮氧硫等主要同位素的比率，发现麦哲伦云中的同位素比率与银河系迥异。对一个已建立的包括125个不同类型近邻星系样本进行了CO（3-2）的观测，从统计上研究了星系中分子气体尤其是温度和密度都较高的分子气体的激发状态及其随星系的Hubble类型、恒星形成活动强弱、远红外光度、尘埃温度和恒星形成效率等之间的相关关系和演化过程。高分辨率观测研究了Perseus星系团中心的cD星系Perseus A的中心区域，研究结果第一次对冷却流的存在提供了运动学上的直接支持。利用毫米波／亚毫米波干涉阵，对亮红外星系Arp 302和高红移源IRAS F10214+4724进行了CO分子谱线观测，研究了其中分子气体的物理性质，对F10214+4724的物理条件的分析是至今对高红移源最全面的研究之一。