揭開銀河系中心分子區的 3D 結構

距離地球 26,000 光年的銀河系中心有個活躍的區域：中心分子區（Central Molecular Zone，CMZ），蘊藏著恆星如何誕生、能量如何在銀河系傳遞，甚至可能含暗物質細節的線索。然而，要分析這個區域挑戰性極高，因無法從上方俯瞰銀河系。

康乃狄克大學物理系副教授Cara Battersby領導的銀河實驗室，《天體物理學》期刊發表四篇論文提出CMZ全面分析與3D俯瞰模型。

團隊感興趣的問題之一是銀河系超大質量黑洞什麼時候會「進食」或主動吸積物質。「這些氣體有時停在CMZ並圍繞銀河系中心運行，有時會形成恆星，或會繼續流向中心的超大質量黑洞。」Battersby說。身為銀河系的中繼站，CMZ控制這些物質何時、是否流向黑洞。要直接回答這個問題很困難，因CMZ裡有大量氣體、塵埃與恆星，加上距離非常遙遠，且只能從側面觀察。為了解自己CMZ如何控制氣體流入，就需要俯視圖。

團隊收集數十萬張從側面角度拍攝的銀河系中心影像，測量並建立中心區域的雲團特徵，包括質量、半徑、溫度、速度等，採不同觀測波長判斷哪些雲團位於中心前或後方，並以新技術量化分子雲遮蔽多少光線，目的是建立最佳CMZ俯視圖。團隊推測CMZ發生的現象，並與現在銀河中心俯視模型比較。Battersby表示，繪製出分子雲位置於現有三種模型差異相當大，考量各雲團運動後，現有模型缺乏複雜性，還需研究CMZ氣體流動。他們還提出新簡單橢圓模型，擬合結果比之前模型稍佳。

▲ 遠紅外線影像顯示銀河系的中央分子區（CMZ）是一圈明亮且緻密的分子氣體與塵埃環，圍繞超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）。影像顯示銀河系7度內遠紅外線觀測資料，紅色代表350微米、綠色代表160微米、藍色代表70微米波段。影像涵蓋了大約銀河內部約3,200 光年的範圍，CMZ則位於內部約1,800光年處。（Source：Astrophysical Journal）

團隊正在撰寫第五篇論文，提出銀河CMZ的俯視最佳擬合模型，並公開程式碼，讓將來研究者能在新資料出現時持續改善模型。更多資料可用後，模型會不斷更新與改進。「現代科學非常講求合作，因此公開程式碼是促進社群參與的重要一環，也能為渴望參與研究的年輕科學家與學生提供資源。」論文撰寫人博士生Lipman說。

CMZ提供了對宇宙中極端現象的近距離觀察機會，例如正在吸積物質的超大質量黑洞，或是在高度紊亂環境中形成的恆星。了解三維結構對於追蹤流向黑洞的物質流動，以及驗證極端環境下的恆星形成理論是非常關鍵的，這一系列論文是理解銀河系CMZ三維結構的一大進展，也讓人們能夠開始回答關於銀河系的重要問題與演化歷史。

第一篇論文（Battersby et al.）：利用Herschel望遠鏡，呈現銀河系40度內遠紅外線塵埃連續輻射的概況，並特別聚焦中央分子區（CMZ）。建立並公開CMZ完整柱密度與塵埃溫度地圖，並描述整體特性。

第二篇論文（Battersby et al.）：樹狀圖分析柱密度地圖，建立CMZ內多尺度高密度結構階層目錄。對目錄每個結構報告物理性質、動力學性質（以及光度與恆星形成率SFR）。將CMZ結構放入更廣泛背景探討，與銀河盤面內區域及遙遠星系比較性質。

第三篇論文（Walker et al.）：第一與第二篇的後續研究，提供了更新後的目錄，並發布包含分子雲遮罩等資料，用來分析這些分子雲的整體動力學特性。使用無線電連續波發射與分子線吸收數據，來判斷分子雲位於銀河中心的前方還是後方。

第四篇論文（Lipman et al.）：探討如何利用中紅外線塵埃消光技術來判斷分子雲的前後位置，並比較使用的新方法與第三篇論文的分子線吸收結果，用來判定目錄中所有雲團位於前方或後方的機率，並與目前CMZ 3D模型比對。

3D模型網站：3-D CMZ

• Developing a clearer 3D model of the galactic center

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖來源：Pixabay）