围绕大质量恒星形成的天鹅座X区多波段分子谱线巡天

This proposal is to perform a multi-wavelength molecular spectral line survey of a large sample of massive molecular cloud cores in Cygnus-X, using the 65m Tianma radio telescope. The planned observations include 1) K-band NH3(1,1) and (2,2) mapping; 2) C-band and Ku-band H2CO absorption line mapping; 3) Q-band CS and SiO (1-0) mapping. We aim to 1) obtain the structure, kinematics, turbulence, and temperature distribution of the dense gas on 1pc scales, and in combination with high resolution observations that we already gathered, understand the dynamical evolution from dense molecular clumps to cores, and to compact structures with sizes of protostellar envelopes; 2) obtain the morphology and density structure of the gas on 10pc scales, and understand the formation of dense clumps from clouds. The project will be the first study of a large sample of massive cloud cores at a single distance, and is expected to make breakthrough in our understanding of the formation, collapse, and fragmentation of massive star-forming dense gas, and of initial conditions of massive star formation.

本项目申请利用上海65米口径天马射电望远镜对银河系Cygnus-X区的大质量分子云核大样本开展多波段分子谱线巡测。计划开展1）K波段NH3(1,1)和(2,2)谱线成图；2）C波段和Ku波段的H2CO吸收线成图；3）Q波段CS、SiO(1-0)成图观测。研究目标是：1）获得1pc尺度上的稠密气体结构、宏观运动和湍动、以及温度分布，结合已获得的高分辨率观测数据，理解稠密分子云团块到更稠密的云核、再到致密的原恒星气体包层尺度结构的动力学演化过程；2）获得10pc尺度上的分子气体分布和密度结构，理解分子云中稠密团块的形成过程。本项目的主要创新是对一个同等距离大质量云核大样本的多尺度无偏观测，有望在孕育大质量恒星的稠密分子气体的形成和塌缩、碎裂，以及大质量恒星形成的初始条件等关键问题上取得突破性进展。

项目主要依托天马望远镜和一批国际设备的多波段观测，对Cygnus X巨分子云展开系统研究，目的是从10 pc到0.1 pc多个尺度上分析分子气体的分布和密度结构、宏观运动和非热运动，从而理解稠密团块的形成、团块碎裂形成分子云核的过程、云核进一步碎裂及恒星形成过程。在项目执行期间，我们一方面多次到天马望远镜开展C、Ku、K、Q波段观测，总计使用望远镜超过300小时，另一方面收集、分析Herschel、SMA、JVLA、CARMA、NOEMA、JCMT、Spitzer等一批国际设备的数据，顺利完成了研究计划。我们获得了整个巨分子云约30平方度天区的密度和温度分布，在此基础上利用最新算法提取出8431个分子云核。进一步分析表明，在几十pc到0.1 pc尺度，湍动在分子气体动力学演化和云核的形成中起着关键作用。我们特别对云核质量函数做了深入分析，发现云核质量函数并不直接决定恒星初始质量函数。我们对Cygnus X中的纤维状稠密分子气体结构的研究表明团块整体塌缩和pc尺度的吸积流很可能对大质量恒星和星团的形成有重要作用。我们对0.01 pc尺度致密分子气体结构开展了深度射电连续谱观测，探测到一批与致密分子气体结构成协的射电源，并发现这些射电源主要是大质量恒星形成极早期的喷流结构。基于上述研究和其他相关研究，我们一共正式发表论文36篇，另有2篇论文已被正式接受发表。