我们在宇宙中孤独吗？我们从何而来？
截至目前天文学家已发现了数百个原行星盘，其可能是我们所处太阳系的原型，但其所处的星际环境并不具代表性。在银河系的其他区域，尤其是靠近银心的中央分子带，星际环境更加剧烈，具有更高的压力和湍动。因此，研究中央分子带中的原行星系统，为我们检验和完善太阳系形成理论提供了宝贵的机会。
由北京大学物理学院天文学系、科维理天文与天体物理研究所、上海天文台和德国科隆大学第一物理研究所牵头，联合多家研究机构、国际科研团队开展了针对银河系中央分子带中三片具有代表性的分子云的高灵敏度、高分辨率、完整覆盖观测。这是目前为止该区域最全面的一次巡天观测，共识别出500多个致密结构——恒星诞生的摇篮。
实际上在中央分子带中寻找这样的系统极具挑战性。它们遥远、昏暗，并深埋在浓密的星际尘埃中。研究团队使用了阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA），通过干涉技术，将分布在数千米范围内的数十个天线所接收到的信号进行综合分析，实现了前所未有的高角分辨率。利用此技术，该团队能够分辨出位于约170亿天文单位之外的直径仅仅约为1000天文单位大小的结构。
此外，该团队通过调节天线阵列，巧妙实现了“双波段观测”——即在相同分辨率下获取两个不同波长的图像。正如人类依赖颜色来感知世界，双波段观测也提供了关键的光谱指数信息，有助于揭示这些遥远系统的温度、尘埃性质和内部结构。
令人惊讶的是，研究团队发现超过70%的致密结构呈现出比预期更“红”的颜色。在排除观测偏差和其他可能性后，研究人员提出了两种最有可能的解释——而这两种解释都指向一个共同的结论：这些致密结构中存在原行星盘。
“我们在中央分子带中看到了许多‘小红点’，这让我们非常震惊。”本研究的第一作者、北京大学博士生、科隆大学联合培养博士生许峰玮表示，“它们似乎在诉说这些致密结构的真实面貌。”其中一种可能性是，这些核心并不是先前假设的透明、均匀球体，而是包含更小、光学厚度更大的结构——可能是原行星盘。北京大学王科教授补充，“在这种情况下，短波段的自吸收效应会使部分辐射被遮蔽，导致我们看到偏红的颜色。”
图源：许峰玮(北京大学); ALMA合作团队; Laura Pérez (美国国家射电天文台)
另一种可能性则涉及尘埃颗粒的生长。“在稀薄的星际介质中，尘埃颗粒通常只有几个微米大小，”本研究辐射传能建模的主要贡献者、高雄中山大学物理系吕浩宇教授解释说，“但我们的模型显示，在某些致密核心中可能存在毫米级的尘埃颗粒。”如果该假设成立，那么这些大颗粒很可能是在原行星盘中形成的，并可能通过原恒星的外流等机制被带出。
“ALMA的强大之处在于其提供了一双锐利的带有色彩信息的鹰眼，深入窥探银河系中最神秘的区域之一。”本次ALMA观测项目的负责人、上海天文台吕行研究员说道。
无论哪种解释为主，都需要原行星盘的存在。这项研究表明，仅在这三片分子云中，可能已有超过300个原行星盘系统正在形成之中。“未来的多波段后续观测将进一步限制它们的物理属性和演化阶段，为我们理解太阳系起源及银河系中心类地行星系统的形成过程，打开了一扇新的窗口。”科隆大学Peter Schilke教授对此表示高度期待。
该工作得到了科技部重点研发专项、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、国家自然科学基金委、上海市自然科学基金、中国科学院西部之光-西部交叉团队重点实验室专项等项目的支持。
原文标题：Dual-band Unified Exploration of Three Central Molecular Zone Clouds (DUET). Cloud-wide Census of Continuum Sources Showing Low Spectral Indices
