“当你想到现代天文学时，其中一个关键目标是考虑分子材料的生命周期，”约翰霍普金斯大学的天文学家 Arshia Jacob 说。扩散的原子气体变成致密的分子气体，最终形成恒星和恒星系统，并随着时间的推移继续演化。尽管天文学家了解这个过程的大部分内容，但仍有很多缺失的部分。
雅各布是最近一篇描述银河系星际介质特征的论文的主要作者，该论文使用平流层红外天文台 SOFIA 来填补这些缺失的部分。通过研究六种氢化物，这是一种分子或分子离子，其中一个或多个氢原子通过共享的电子对与较重的原子结合，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。
在一片明亮的蓝色恒星上可以看到绿色和红色的星云漩涡，W3 发出白色的光。 两个光谱覆盖在背景图像上，一个绿色，一个红色。
W3 是 HyGAL 项目将研究的 25 个银河系区域之一，在这张由美国宇航局广域红外巡天探测器 (WISE) 拍摄的心与灵魂星云图像的右上角，被视为发光的白色区域。SOFIA 研究了 W3 中六个氢化物分子的丰度，其中两个的光谱显示在左侧的框中。图片来源：星云：NASA/JPL-Caltech/UCLA；光谱：雅各布等人。
氢化物对天文学家很有用，因为它们是星际介质不同相的非常敏感的示踪剂，而且它们的化学性质相对简单。此外，氢化物观测提供了对存在的材料量的测量。
多研究者 SOFIA 项目银河系中的氢化物 (HyGAL) 使用多种氢化物分子选择，允许监测不同的过程，同时补充其他观察结果。例如，所研究的氢化物之一氩只能在几乎纯原子气体的区域中形成，因此检测到氩表明其周围环境中的分子含量较低。其他氢化物分子可以表明存在稠密气体、强烈的宇宙辐射、湍流等。
“氢化物很小，但我们可以从它们身上了解很多。小分子，大影响，”雅各布说。
在项目的第一阶段，该小组比较了银河系三个区域的氢化物丰度：两个恒星形成区域 W3(OH) 和 W3 IRS5，以及一个年轻的恒星物体 NGC 7538 IRS1。尽管前三个来源的平均特性相似，但整个 HyGAL 项目计划研究总共 25 个区域。剩下的 22 个来源覆盖了从内星系一直到外星系的距离，他们预计会有截然不同的结果。
“来源非常不同：其中一些年龄较大，一些化学物质含量更高，一些更年轻，仍在形成恒星，”雅各布说。“所有这些都会影响所形成分子的性质，例如它们的丰度。”
远离银河系中心，从原子气体到分子气体的转变发生了变化，宇宙射线的电离率变化很大，这将导致分子存在的比例和其他性质的差异。这将有助于天文学家了解银河系内环境的多样性。
“想象一下，你正在进入云中。在每个阶段，你都会看到不同的分子，随着云的密度越来越大，它反映了云特性的变化，”雅各布说。“通过这个项目，我们正在填补这个过渡的属性。”
目前，只有少数几个明亮的光源会发出广泛的辐射，并以这种方式进行了研究，所有这些都集中在星系内部。SOFIA 数据将使现有数据增加一倍以上，提供有关这些云的结构、动力学和化学性质以及致密物质来自何处的更多答案。
SOFIA 是目前唯一能够以所需分辨率访问这些观测所需频率范围的设施。SOFIA 上的德国太赫兹频率接收器天文学 (GREAT) 仪器允许同时监测五个频率，每个频率调谐到所讨论的六种氢化物中的五种，以确定云源的组成。新墨西哥州索科罗附近的 Karl G. Jansky 超大阵列等天文台对无线电波长的研究补充了这些研究。
雅各布说：“我们的想法不仅是向我们提供有关来源本身的信息，而且还提供有关它们交叉的不同旋臂的信息，使这真正成为一项对银河系尺度的研究。”
SOFIA 是 NASA 和德国航天局在 DLR 的联合项目。DLR 为任务提供望远镜、定期飞机维护和其他支持。美国宇航局位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心与总部位于马里兰州哥伦比亚的大学空间研究协会和斯图加特大学的德国 SOFIA 研究所合作管理 SOFIA 计划、科学和任务运营。这架飞机由位于加利福尼亚州帕姆代尔的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心大楼 703 维护和操作。SOFIA 于 2014 年实现了全面运营能力，任务将不迟于 2022 年 9 月 30 日结束。SOFIA 将在此之前继续其正常运营，包括科学飞行和今年夏天部署到新西兰。
作者苏菲亚发表于2022 年 5 月 31 日
