银心砖块——G0.253+0.016中的动力学和恒星形成

标题:The dynamics and star-forming potential of the massive Galactic centre cloud G0.253+0.016
作者:K. G. Johnston et al.
论文索引:1404.1372
编辑供稿:南京大学 吕行

背景介绍:CMZ

在我们的银河系中心大约200pc的尺度内,聚集着整个银河系内10%的分子气体,因此这块区域被称为“central molecular zone”,简称CMZ。CMZ内的致密气体(N(H_2)\ge5\times10^{22} cm^{-2}, n(H_2)\ge10^4 cm^{-3})大部分聚集在“X2轨道”上(Molinari et al. 2011),这是一组(而不是确定的一条)可能存在的轨道,大致与银河系的棒以及X1轨道垂直(参考这里),沿着X2有Arches、Quintuplet这样的年轻的星团,也有Sgr B2这样的著名恒星形成区。Molinari et al. 2011根据Herschel图像以及分子谱线提出了一个“100 pc ring”的模型,恰好可以解释众多分子云和星团在X2轨道上的排列(见下图1、2)。不过最近若干文章,包括即将介绍的这篇,对此模型也提出了质疑,例如ring可能不止到Sgr B2,而是延伸到更远的地方。

来自Molinari et al. 2011。CMZ的Herschel 70 micron图像。G0.253已标出。
Fig.1 来自Molinari et al. 2011。CMZ的Herschel 70 micron图像。G0.253已标出。
来自Molinari et al. 2011。100-pc ring模型。
Fig. 2 来自Molinari et al. 2011。100-pc ring模型。

尽管如此,考虑到CMZ的巨大的分子气体储量,它的恒星形成率相比而言还是非常低。例如Longmore et al. 2013Immer et al. 2012都指出CMZ的(根据红外等数据估计的)恒星形成率至少比(根据致密分子气体总量做出的)预期低10倍。为什么CMZ的恒星形成率这么低?是不是红外数据忽略了一大部分隐藏的很深的原恒星?或者银心的环境导致了恒星形成的临界密度高于银河系其他区域的平均值?将来CMZ会不会突然爆发式地形成新的恒星?现在还没有确定的答案(Longmore et al. 2013Kruijssen et al. 2013)。

CMZ还呈现出其他很多有意思的分布,比如大部分由红外点源示踪的原恒星都在SgrA*右侧,大部分由尘埃示踪的分子气体都在左侧;靠近银心黑洞Sgr A*的分子云(20km/s cloud, 50km/s cloud, G0.253等)都相对宁静,没有观测到恒星形成,而沿着X2轨道向左的Sgr B2是个很活跃的恒星形成区。其他的问题还有:CMZ的恒星形成活动和银心黑洞的关系,和circumnuclear disk的关系,和银心上下的泡泡结构的关系(比如Fermi Bubble),以及和其他星系的核心区域的对比(为什么和CMZ类似的星系有AGN和starburst活动?银心曾经有过,或者将来会有stargurst吗?)。

关于CMZ的研究进展,可以参考IAU Symposium 303的报告、海报,以及E. A. C. Mills et al.编写的VLASS白皮书:VLASSICK

G0.253+0.016–“the Brick”

(2014/08/26更新:之前黄崧同学有一篇文章介绍了G0.253+0.016的观测。)

G0.253+0.016(以下简称G0.253),因为它的形状又被称为“砖块”或者“肾脏”,是位于CMZ内的,在红外图像上呈现为一个IRDC的分子云(见图1和图3)。G0.253是CMZ内质量、密度很大缺乏恒星形成的一个典型例子。它的质量大约是2\times10^5M_\odot,柱密度峰值3\times10^{23} cm