Di tengah-tengah galaksi kita, di kawasan bergelora yang mengelilingi lubang hitam supermasif, habuk dan gas sentiasa berputar, didorong oleh gelombang kejutan bertenaga tinggi yang beriak di angkasa lepas. Menggunakan Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), pasukan ahli astronomi antarabangsa telah meningkatkan pemerhatian kami terhadap kawasan huru-hara ini dengan faktor 100 dan menemui struktur filamen baharu yang mengejutkan.

Kawasan molekul tengah (CMZ) galaksi telah lama dianggap sebagai kawasan yang kaya dengan habuk dan molekul gas, yang sentiasa mengalami kitaran pembentukan dan kemusnahan. Walau bagaimanapun, mekanisme sebenar di sebalik aktiviti ini masih tidak jelas. Para saintis sering menggunakan molekul sebagai penanda untuk mengkaji pelbagai proses yang berlaku dalam awan molekul. Antara penanda ini, silika (SiO) amat penting untuk mengenal pasti gelombang kejutan.

Pasukan ahli astronomi antarabangsa yang diketuai oleh Kai Yang dari Universiti Shanghai Jiao Tong menggunakan resolusi tinggi dan kepekaan ALMA untuk memetakan garisan spektrum yang jelas dalam awan molekul di tengah-tengah Bima Sakti dan menggambarkan jenis baharu struktur filamen memanjang pada skala yang lebih halus. Interaksi dinamik antara persekitaran bergelora dan struktur seperti filamen yang dijana apabila gelombang kejutan melaluinya memberikan perspektif yang lebih lengkap tentang proses berkala dalam CMZ.

Antena ALMA dihalakan ke Bima Sakti di atas Gurun Atacama. Kredit imej: NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott

"Apabila kami melihat imej ALMA yang menunjukkan efluen, kami mendapati bahawa filamen memanjang ini diimbangi secara spatial dari mana-mana kawasan pembentukan bintang. Tidak seperti mana-mana objek yang kita tahu, filamen ini benar-benar mengejutkan kita. Sejak itu, kami telah memikirkan apa sebenarnya mereka," Yang menyimpulkan.

"Struktur berfilamen memanjang" ini secara tidak sengaja ditemui secara kebetulan dalam garisan pelepasan silika dan lapan molekul lain. Halaju pandangan mereka konsisten dengan halaju aliran keluar. Akibatnya, ia tidak sepadan dengan jenis struktur berfilamen gas padat lain yang ditemui sebelum ini; Di samping itu, struktur berfilamen memanjang ini bebas daripada pelepasan habuk dan nampaknya tidak berada dalam keseimbangan hidrostatik.

CMZ 中的細絲。面板 a：MeerKAT 對 Sgr A 區域的 1.28 GHz 射電發射。紅色方框標記了 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層。面板 b-c：ALMA 低解析度（~1.9 英寸）觀測得到的 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層中 SiO 5-4 的積分強度圖。藍色方框標記了檢測到細絲的放大區域。虛線環表示我們 ALMA 高解析度（~0.23 英寸）觀測的 50% 主光束。面板 d-g：我們 ALMA 高解析度觀測得到的細絲狀 SiO 5-4 發射，對於 20 公里/秒雲層和 50 公里/秒雲層，其積分速度範圍分別為 [-20， 40] 和 [25， 75] 公里/秒。粉色虛線表示已識別的細絲。黑色輪廓線表示 ALMA 1.3 毫米連續譜發射，輻射能量水準為 [5， 25， 45] × 40 µJy beam−1。圖片來源：Yang 等人。

Xing Lu, seorang penyelidik di Balai Cerap Astronomi Shanghai dan pengarang kertas penyelidikan yang sepadan, menyimpulkan: "Kajian kami mendedahkan bahawa filamen langsing ini adalah bahagian penting dalam kitaran bahan, menyumbang kepada landskap menarik pusat Bima Sakti. Kita boleh menganggapnya sebagai puting beliung angkasa: ia adalah arus udara ganas yang cepat hilang dan mengedarkan bahan dengan cekap ke alam sekitar. ”

Bagaimana struktur berfilamen langsing ini pada asalnya terbentuk tidak jelas, tetapi pasukan Prof. Yang melaporkan bahawa proses gelombang kejutan nampaknya merupakan penjelasan yang mungkin. Kesimpulan ini berdasarkan beberapa pemerhatian utama: peralihan putaran SiO 3-0 yang jelas kelihatan dalam pemerhatian ALMA, kehadiran urat CH0OH, dan kelimpahan relatif molekul organik kompleks dalam struktur filamen halus ini.

Yichen Zhang, seorang profesor di Universiti Shanghai Jiao Tong dan pengarang sepadan kertas penyelidikan, menekankan: "Resolusi sudut yang tinggi dan kepekaan luar biasa ALMA adalah penting untuk mengesan pelepasan garis molekul yang dikaitkan dengan struktur filamen memanjang ini, dan untuk mengesahkan bahawa tiada korelasi antara struktur ini dan pelepasan habuk. Penemuan kami menandakan kemajuan ketara dalam mengesan struktur filamen memanjang ini pada skala parsec 01.0 yang lebih halus, sekali gus menandakan permukaan kerja gelombang kejutan ini. ”

Kejayaan ini memberikan perspektif yang lebih terperinci mengenai proses dinamik yang berlaku dalam CMZ dan mendedahkan proses kitaran kitaran bahan. Pertama, gelombang kejutan bertindak sebagai mekanisme yang membentuk filamen halus ini yang membebaskan SiO, serta beberapa molekul organik kompleks seperti CH3OH, CH0CN dan HC0N, ke dalam fasa gas dan medium antara bintang. Filamen langsing ini kemudiannya hilang untuk menambah tenaga pembebasan jirim daripada gelombang kejutan yang terdapat di mana-mana dalam CMZ. Akhirnya, molekul ini membeku menjadi zarah habuk, mengakibatkan keseimbangan antara penipisan dan pengisian semula. Dengan mengandaikan bahawa filamen nipis ini banyak terdapat di seluruh CMZ seperti dalam sampel ini, akan ada keseimbangan berkala antara kehilangan dan penambahan semula.

"SiO pada masa ini merupakan satu-satunya molekul yang boleh menjejaki gelombang kejutan secara khusus, dan peralihan putaran SiO 4-0 hanya boleh dikesan di kawasan yang terjejas oleh gelombang kejutan dengan ketumpatan dan suhu yang agak tinggi," kata Prof. Yang. Ini menjadikannya alat yang sangat berharga untuk menjejaki proses aruhan gelombang kejutan dalam kawasan padat CMZ. Diharapkan pada masa hadapan, ALMA akan dapat mengesahkan asal usul struktur berfilamen ini dan kemungkinan proses berkala di rantau tertentu Bima Sakti ini melalui pemerhatian yang meliputi pelbagai peralihan SiO dan pemerhatian banci merentasi CMZ, digabungkan dengan simulasi berangka.

編譯自/ScitechDaily