臺北市立天文科學教育館

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），蘊藏著關於恆星如何誕生、能量如何在我們的銀河中傳輸，甚至可能包含暗物質相關細節的線索。然而，要分析這個區域具有極高的挑戰性，因為我們無法從上方俯視銀河系。

由康乃狄克大學物理系副教授Cara Battersby領導的銀河實驗室，在《天體物理學期刊》的四篇論文中提出了他們對CMZ的全面分析與三維俯視模型。

研究團隊感興趣的一個問題是銀河系的超大質量黑洞什麼時候會「進食」或主動吸積物質。「這些氣體有時停留在CMZ並圍繞銀河系中心運行，有時會在那裡形成恆星，或者它會繼續流向中心的超大質量黑洞。」Battersby說。作為銀河系的中繼站，CMZ 控制著這些物質何時、是否會流向黑洞。要直接回答這個問題很困難，因為CMZ裡有大量氣體、塵埃與恆星，再加上我們距離非常遙遠，且只能從側面觀察它。為了了解我們自己的CMZ如何控制這些氣體流入，就需要一張俯視圖。

在這一系列論文中，研究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，採用不同的觀測波長來判斷哪些雲團位於中心的前方或者後方，並開新技術來量化分子雲遮蔽了多少光線，目的是建立出最佳的CMZ俯視圖。研究團隊根據他們推測在CMZ中發生的現象，並與現有的銀河中心俯視模型進行比較。Battersby表示，他們繪製出的分子雲位置在現有的三種不同模型之間有相當大的差異，考量各雲團的運動後，發現現有模型缺乏這種複雜性，因此還需進一步研究CMZ中氣體的流動。他們還提出了另一種新的簡單橢圓模型，其擬合結果比過去的模型稍好。

圖說：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，圍繞著超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）。這張影像顯示的是銀河系內部7度範圍內的遠紅外線觀測資料，其中紅色代表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，而CMZ則位於內部約1,800光年處。Credit: Astrophysical Journal

團隊目前正在撰寫第五篇論文，該論文將提出銀河CMZ的俯視最佳擬合模型，並公開相關程式碼，讓未來的研究者能在新資料出現時持續改進這個模型。隨著更多資料變得可用，該模型會不斷更新與改進。「現代科學非常講求合作，因此公開我們的程式碼是促進社群參與的重要一環，也能為那些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。（編譯／王庭萱）

資料來源：Phys.org

論文資料：

• 第一篇論文（Battersby et al.）：利用Herschel望遠鏡，呈現銀河系內部40度範圍內遠紅外線塵埃連續輻射的概況，並特別聚焦於中央分子區（CMZ）。建立並公開CMZ 的完整柱密度與塵埃溫度地圖，並描述其整體特性。
• 第二篇論文（Battersby et al.）：針對柱密度地圖進行樹狀圖分析，建立出CMZ內部多尺度的高密度結構階層目錄。對目錄中每個結構報告其物理性質、動力學性質（以及光度與恆星形成率（SFR）。將這些CMZ結構放入更廣泛的背景下進行探討，並將其性質與銀河盤面內的區域及遙遠星系做比較。
• 第三篇論文（Walker et al.）：作為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，並與目前的CMZ三維模型進行比對。
• 研究團隊公開發布的３Ｄ模型介紹與演示網站：3-D CMZ