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恒星形成是目前天体物理学的一个基本问题。在恒星形成的理论和观测研究中,已经比较清楚的是中小质量孤立恒星的形成过程,而对更大质量恒星的形成,尤其是星团环境下大质量及中等质量恒星的形成,还有许多问题没有解决。其中一个核心问题是原恒星如何通过吸积增长质量。这对大质量(原)恒星来说,需要考虑如何其克服自身的辐射压,在对周围介质有光致电离(photo-ionization)的情况下继续吸积物质;对星团环境中的恒星形成来说,则需要考虑环境对(原)恒星吸积过程的影响和物质如何在星团的各成员中分配。
本文的目的是通过对星团环境中具有塌缩或气体下落光谱特征的大质量和中等质量恒星形成区进行高分辨率的干涉仪观测,来考察在这些目标源中的各种动力学现象,包括外向流、气体下落和内向流、旋转结构等,理解它们与中心原恒星的质量增长的关系。本文展示了对两个具有代表性的目标源W3-SE和NGC7538IRS1的观测结果和分析。
W3-SE是一个具有气体下落光谱特征的包含多颗中等质量或大质量原恒星的分子云核,本文我们对其进行了毫米和亚毫米波段的观测并分析了中红外波段的相关资料。通过对从毫米到中红外波段连续谱数据的分析,本文得到并拟合了W3-SE的能谱分布(spectral energy distribution,SED),计算得到其尘埃和气体质量约为65M☉,温度约为40K。这些质量主要分布在两个相距为3.5”(7000 AU)的致密分子云核SMA-1(~32M☉)和SMA-2(~16M☉)中。同时,中红外波段的观测发现SMA-1有点源对应,说明其已有内部加热源生成。分子谱线方面,在HCN(3-2)和HCO+(3-2)等分子谱线的观测中发现了SMA-1和一个被弓形激波(bow-shock)激发的年轻高速分子外向流相关。同时,HCN(3-2)的谱线轮廓显示SMA-1附近很可能存在气体下落和内向流,并且SMA-1很可能是气体内向流的中心。另一方面,对质量稍小的云核SMA-2则没有发现红外点源与之对应,也没有气体下落的明显证据。这说明SMA-1可能主导着W3-SE分子云目前的吸积过程,并且由于质量更大因而演化比SMA-2更快。另外,在云核SMA-1和SMA-2东边有至少两个中红外点源及弥散的中红外辐射,这说明W3-SE区域很可能正在形成一个包含中等或大质量恒星的星团,且其中的恒星形成活动可能有一个次序形成(sequences)的传播过程。
NGC7538 IRS1是一个包含有新生的O6/7型大质量恒星的超致密电离氢区(Hyper-Compact HII Region),其活跃的电离气体外向流说明吸积过程很可能仍在进行。本文分析了IRS1的SMA高分辨率毫米波段数据。毫米波段连续谱的图像表明IRS1的西南方向~1.1"(3000 AU)处存在一个云核IRS1B。在IRS1的HCHII区周围发现了有热分子(CHzCN和OCS等)谱线发射的致密分子团块,并且它们在东北—西南方向有速度梯度。结合对毫米波段连续谱的分析,本文认为IRS1有可能存在一个围绕其旋转的大尺度(~8000 AU)分子气体类盘结构(toroid)。同时,13CO(2-1)谱线的观测结果显示很可能有大量的冷气体和该类盘结构相关,且红移的饱和吸收说明这些气体正在朝向IRS1中心下落,而IRS1B则无吸收特征。本文认为这些类盘结构中的分子气体正在为IRS1的进一步吸积提供物质,说明尽管有辐射压和光致电离,IRS1中的HC HII区很可能仍然主导IRS1及其邻近区域当前的吸积过程。