春节马上就要到了，挂在大街小巷里的红灯笼、红对联让年味越来越足，而作为中国传统民俗文化活动之一的舞龙让节日的气氛更加欢腾热闹。黑夜里，五彩缤纷的龙灯点亮，随着热闹的锣鼓乐在空中翻腾舞蹈，尽显人民的欢乐喜悦和对新年的美好祝福。

而就在不久前，天文学家在银河中也发现一条“巨龙”，并且正在苏醒舞动。要说这条巨龙，真可谓“神龙见首不见尾”，它就隐藏在太阳系附近的加利福利亚巨分子云中，横跨天区将近6度。正因为它如此巨大，此前的研究“只见树木不见森林”，只关注了巨龙的只麟片角，没有获得整体的认识。近期，银河画卷团队基于大尺度CO巡天数据，首次证认了巨龙的身份和特征。接下来就让我们一探究竟。

在之前的一篇科普文章中，我们曾介绍过分子云中的“纤维豪门”：基于国际领先的银河画卷巡天，紫台的科研团队发现，在银河系分子云中，10%左右的分子云呈现出纤维状形态，但它们却占据了90%以上的分子气体质量。

占据分子气体主体地位的纤维状分子云在银河系结构与恒星形成中也扮演着至关重要的角色。在大的尺度上，超过100pc（pc是天文中常用的距离单位；1pc约等于3.26光年或3.0857×10¹³千米）的大尺度纤维状分子云被人们视作银河系旋臂的“骨骼”，撑起了整个银河系（星辰海洋中的超级“海怪”）；在小的尺度上，纤维状结构连接了分子云的坍缩到最终碎化形成致密云核－恒星形成的基本单元。由此可见，纤维状分子云不仅仅是“豪门”，而且“位高权重”。自然而然地，纤维状分子云成为了当前天文研究中的前沿热点。

图 1：上图为长度为80pc的巨纤维状分子云“Nessie”的红外图像[1]；中图是“Nessie”在红外图上的延展，被称为“Nessie Optimistic”；下图是“Nessie”（黑色粗线）和“Nessie Optimistic”（白色弱线）在盾牌－半人马气体旋臂上的位置[2]。

01潜龙勿用

对于纤维状分子云的认识与理解总体上仍处于起步阶段。虽然国际上中远红外望远镜（如Herschel空间天文台和Planck卫星）的成像巡天揭示出了纤维状分子云的普遍性和复杂结构，但由于使用的是尘埃连续谱探针，看到的主要是分子云中的尘埃成分，是二维静态图像，缺乏分子气体的运动学信息。要了解纤维状结构的形成机制、演化过程中的动力学性质、分子云核的质量吸积等关键物理过程，亟需相应的分子气体的频谱巡天。正因如此，“卷出新高度”的银河画卷巡天为研究纤维状分子云提供了高质量的数据来源和难得的契机！

图 2：Herschel空间天文台拍摄的Polaris分子云的250微米红外图像（左图），以及在其中证认的纤维状结构（右图），揭示了纤维状结构的普遍性和复杂性[3]，但此类尘埃连续谱巡天缺乏气体动力学信息。

02见龙在田

近期，银河画卷团队针对加利福利亚巨分子云的观测取得了重要进展。加利福尼亚巨分子云是太阳系附近（大约500pc）新近证认的一个巨分子云，因为其中的亮星云NGC1499形似美国加利福利亚州而得名。与著名的猎户座A（Orion A）巨分子云相比，加利福尼亚巨分子云具有与其相当的尺度和质量，但过去测量到的整体恒星形成率却要低一个量级，因此也被称作“沉睡的巨物”[4]。囿于有限的视场，此前国际上陆续进行的气体观测仅关注了该巨分子云中的局部区域，没有获得整体的认识。

图 3：左图来自Herschel和Planck卫星的加利福利亚巨分子云250/350/500微米远红外图像[4]。右图为形似美国加利福利亚州的NGC1499亮星云的光学图像 │ 图源：Markus Noller

基于银河画卷CO及其同位素分子谱线的数据，银河画卷团队在加利福利亚巨分子云中首次证认了一个长度接近80pc、犹如一条蜿蜒长龙的纤维状结构，属于国际上已知纤维状分子云中的大块头（见图4）。

¹³CO速度图展示了垂直于该纤维状结构的系统速度梯度，经分析，归结为由近邻星协的强烈反馈所造成。该结果为大尺度纤维状分子云形成的外部激波压缩机制提供了有力的观测证据（一个待续的故事）。此外，团队利用¹²CO在该纤维状分子云上证认出约20个外流候选体，利用C¹⁸O 证认出近百个处于引力束缚状态且不断吸积物质的致密云核。新的发现揭示了该纤维状分子云中剧烈的早期恒星形成活动，估算出更高的恒星形成率，由此改变了人们对加利福利亚州巨分子云“沉睡”的原有判断。

图 4：“银河画卷”的观测图像。由上到下，依次为（1）加利福利亚巨分子云的CO同位素积分强度图；（2）证认的加利福利亚大尺度纤维状分子云的图像，其中的方框标示了以往研究观测的局部区域；图中最明亮的位置是一个年轻星团；（3）加利福利亚纤维状分子云的¹³CO速度图，展现了垂直于该纤维状结构的系统速度梯度；（4）通过¹²CO搜寻获得的外流（红/蓝色箭头所示）和通过C¹⁸O观测证认的致密云核（维里参数均小于2.0）。[5]

03飞龙在天

有意思的是，CO位置－速度图展示了沿着纤维状结构剧烈的波动。这种波动源于纤维状分子云中云核吸积导致的物质传输。在年轻星团和一些大质量云核的位置，这种波动更为剧烈，反映了更强烈的吸积活动。类似的波动图像在一些中小尺度的纤维状分子云中有过观测，但在100pc量级的巨纤维状分子云中展现出如此连续壮观的波动图像，实为罕见，可以让我们更好地理解巨纤维状分子云中的物质传输与吸积模式以及其中的恒星形成。

图 5:“银河画卷”的观测获得的沿着加利福利亚巨纤维状分子云的¹²CO（灰度度）¹³CO（绿色轮廓线）C¹⁸O（红色轮廓线）位置－速度图，展示了波动的图像。图中的黑色圆圈代表C¹⁸O云核，蓝色线示意了不断变化的速度梯度。[5]

图 6：左图为纤维状分子云的演化示意图（按时间顺序从上到下）。作为恒星形成的基本单元，分子云核会在纤维状结构上形成、演化，并最终形成恒星；一些大质量云核处可能会形成星团[1]；而随着云核的形成与演化，纤维状结构会逐渐碎裂。右图为云核吸积物质的示意图。云核的吸积会导致纤维状结构在密度和速度上的波动。[6]

加利福利亚巨纤维状分子云，一条因恒星形成而“苏醒”的巨龙，也因恒星形成而“波动起舞”。目前银河画卷团队正瞄准银道面的大样本纤维状分子云，不断开展系统的观测研究。相信越来越多的巨龙会被发现，也期待这些巨龙带给我们更多精彩的故事。

参考文献

[1]. Jackson, J. M., et al. The "Nessie" Nebula: Cluster Formation in a Filamentary Infrared Dark Cloud, 2010, The Astrophysical Journal, 719, 185

[2]. Goodman, A. A., et al. The Bones of the Milky Way, 2014, The Astrophysical Journal, 797, 93

[3]. André, P., et al. From Filamentary Networks to Dense Cores in Molecular Clouds: Toward a New Paradigm for Star Formation, 2014, in Protostars and Planets VI, 27

[4]. Lada, C. J., Lewis, J. A., Lombardi, M., Alves, J. HP2 survey. III. The California Molecular Cloud: A sleeping giant revisited, 2017, Astronomy and Astrophysics, 606, 100

[5]. Guo, W., et al. A Wide-field CO Survey toward the California Molecular Filament, 2021, The Astrophysical Journal, 921, 23

[6]. Hacar, A., & Tafalla, M. Dense core formation by fragmentation of velocity-coherent filaments in L1517, 2011, Astronomy and Astrophysics, 533, 34

作者简介

陈学鹏

中国科学院紫金山天文台银河系气体分布与性质研究团组首席研究员、博士生导师。

轮值主编：陈学鹏

编辑：王科超