“當你想到現(xiàn)代天文學時，其中一個關鍵目標是考慮分子材料的生命周期，”約翰霍普金斯大學的天文學家 Arshia Jacob 說。擴散的原子氣體變成致密的分子氣體，最終形成恒星和恒星系統(tǒng)，并隨著時間的推移繼續(xù)演化。盡管天文學家了解這個過程的大部分內(nèi)容，但仍有很多缺失的部分。

雅各布是最近一篇描述銀河系星際介質(zhì)特征的論文的主要作者，該論文使用平流層紅外天文臺 SOFIA 來填補這些缺失的部分。通過研究六種氫化物，這是一種分子或分子離子，其中一個或多個氫原子通過共享的電子對與較重的原子結合，雅各布和她的合作者希望更好地了解分子云是如何形成和演化的。

在一片明亮的藍色恒星上可以看到綠色和紅色的星云漩渦，W3 發(fā)出白色的光。 兩個光譜覆蓋在背景圖像上，一個綠色，一個紅色。

W3 是 HyGAL 項目將研究的 25 個銀河系區(qū)域之一，在這張由美國宇航局廣域紅外巡天探測器 (WISE) 拍攝的心與靈魂星云圖像的右上角，被視為發(fā)光的白色區(qū)域。SOFIA 研究了 W3 中六個氫化物分子的豐度，其中兩個的光譜顯示在左側的框中。圖片來源：星云：NASA/JPL-Caltech/UCLA；光譜：雅各布等人。

氫化物對天文學家很有用，因為它們是星際介質(zhì)不同相的非常敏感的示蹤劑，而且它們的化學性質(zhì)相對簡單。此外，氫化物觀測提供了對存在的材料量的測量。

多研究者 SOFIA 項目銀河系中的氫化物 (HyGAL) 使用多種氫化物分子選擇，允許監(jiān)測不同的過程，同時補充其他觀察結果。例如，所研究的氫化物之一氬只能在幾乎純原子氣體的區(qū)域中形成，因此檢測到氬表明其周圍環(huán)境中的分子含量較低。其他氫化物分子可以表明存在稠密氣體、強烈的宇宙輻射、湍流等。

“氫化物很小，但我們可以從它們身上了解很多。小分子，大影響，”雅各布說。

在項目的第一階段，該小組比較了銀河系三個區(qū)域的氫化物豐度：兩個恒星形成區(qū)域 W3(OH) 和 W3 IRS5，以及一個年輕的恒星物體 NGC 7538 IRS1。盡管前三個來源的平均特性相似，但整個 HyGAL 項目計劃研究總共 25 個區(qū)域。剩下的 22 個來源覆蓋了從內(nèi)星系一直到外星系的距離，他們預計會有截然不同的結果。

“來源非常不同：其中一些年齡較大，一些化學物質(zhì)含量更高，一些更年輕，仍在形成恒星，”雅各布說?！八羞@些都會影響所形成分子的性質(zhì)，例如它們的豐度?！?/p>

遠離銀河系中心，從原子氣體到分子氣體的轉變發(fā)生了變化，宇宙射線的電離率變化很大，這將導致分子存在的比例和其他性質(zhì)的差異。這將有助于天文學家了解銀河系內(nèi)環(huán)境的多樣性。

“想象一下，你正在進入云中。在每個階段，你都會看到不同的分子，隨著云的密度越來越大，它反映了云特性的變化，”雅各布說?！巴ㄟ^這個項目，我們正在填補這個過渡的屬性。”

目前，只有少數(shù)幾個明亮的光源會發(fā)出廣泛的輻射，并以這種方式進行了研究，所有這些都集中在星系內(nèi)部。SOFIA 數(shù)據(jù)將使現(xiàn)有數(shù)據(jù)增加一倍以上，提供有關這些云的結構、動力學和化學性質(zhì)以及致密物質(zhì)來自何處的更多答案。

SOFIA 是目前唯一能夠以所需分辨率訪問這些觀測所需頻率范圍的設施。SOFIA 上的德國太赫茲頻率接收器天文學 (GREAT) 儀器允許同時監(jiān)測五個頻率，每個頻率調(diào)諧到所討論的六種氫化物中的五種，以確定云源的組成。新墨西哥州索科羅附近的 Karl G. Jansky 超大陣列等天文臺對無線電波長的研究補充了這些研究。

雅各布說：“我們的想法不僅是向我們提供有關來源本身的信息，而且還提供有關它們交叉的不同旋臂的信息，使這真正成為一項對銀河系尺度的研究?！?/p>

SOFIA 是 NASA 和德國航天局在 DLR 的聯(lián)合項目。DLR 為任務提供望遠鏡、定期飛機維護和其他支持。美國宇航局位于加利福尼亞硅谷的艾姆斯研究中心與總部位于馬里蘭州哥倫比亞的大學空間研究協(xié)會和斯圖加特大學的德國 SOFIA 研究所合作管理 SOFIA 計劃、科學和任務運營。這架飛機由位于加利福尼亞州帕姆代爾的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心大樓 703 維護和操作。SOFIA 于 2014 年實現(xiàn)了全面運營能力，任務將不遲于 2022 年 9 月 30 日結束。SOFIA 將在此之前繼續(xù)其正常運營，包括科學飛行和今年夏天部署到新西蘭。

作者蘇菲亞發(fā)表于2022 年 5 月 31 日