张择端的清明上河图描绘了清明时节北宋都城汴京的繁华景象，有心人却读懂了盛世之下的民生国情：贫富之间永恒的一九定律。紫金山天文台科学家们的“银河画卷”描绘的则是分子云的纷繁形色，听说他们也从中发现了星际的一九定律。
银河系广袤的星际空间弥漫着的电离气体、原子气体和分子气体是星际介质的主要成分，它们的密度和温度各不相同。其中，最冷最致密的当属分子气体，由它们组成的分子云是恒星的摇篮，也是连接银河系宏观大尺度结构和恒星系统的桥梁。
银道面分子气体
上世纪70年代初发现的星际一氧化碳（CO）分 子常被用于示踪星际分子气体。美国科学家曾利用一台口径1.2m的毫米波望远镜进行CO分子谱线巡天观测，花了数十年完成了首张银河系分子气体全景图，极 大地丰富了我们对银河系分子气体整体性质的理解。然而，因受限于空间分辨率与探测灵敏度，当时人们还不足以开展银河系分子云的大规模、全局性综合研究。1.2m口径毫米波望远镜CO巡天揭示的银河系分子气体全景图 [1]紫金山天文台科学家们利用青海观测站13.7m毫米波望远镜开展的“银河画卷”CO巡天，兼具大天区覆盖和高灵敏度，将银道面分子气体分布推进到更加完备和细致的层面。形态分类是我们认识某一类天体的基础，因为它往往蕴含着一些本质特征。历史上，哈勃早在1926年就根据星系的形态，将星系分作漩涡星系、椭圆星系、透镜状星系等基本形态，以“哈勃音叉图”的形式被沿用至今，蕴含着不同的演化序列。不过，分子云的形态则更加复杂和不规则，具有多层次、自相似和分形等特征，其科学分类一直是个令人挠头的问题。赫歇尔空间望远镜观测的纤维状分子云 ？ 图源：ESA/Herschel/PACS，SPIRE/Hi-GAL Project.近年来，赫歇尔空间望远镜对一些分子云进行尘埃连续谱成像观测，发现它们在天空平面的投影呈纤维状结构。正在形成的年轻恒星大多分布在这些纤维状结构上，像挂满藤的葡萄。当然，除了纤维状分子云，还有呈现为团块状、球状、彗星状或者更延展的结构等形状的非纤维状分子云。这两种基本形态可能蕴含了分子云的某些本质特征。“银河画卷”CO分子谱线观测的纤维状分子云，增加了速度维度的信息。？ 图源：作者，动画：吕行
纤维状分子云在恒星形成中所扮演的角色越来越受到重视。那么，分子云中纤维状形态到底占比多少呢？非纤维状分子云和纤维状分子云之间存在什么联系吗？又是什么原因导致它们呈现出不同的形态？由 于缺乏大规模、无偏的分子云巡天样本，目前我们对这些问题的认知只是一鳞半爪。利用银河画卷CO巡天数据，我们对外银道面450平方度范围内得到的 18190个分子云进行系统的形态分类：把纤维状结构定义为一个长宽比大于4的纤细狭长结构；纤维状云至少包含一条纤维状结构，而非纤维状云则没有这样的 结构。
“银河画卷”中千姿百态的纤维状分子云 ？ 图源：作者
为了尽可能避免人为因素的影响，研究人员被分为三组。基于传统的二元分类法，他们分别独立对18190个分子云的三个维度的积分强度图像进行逐一查看，并通过至少两人间的交叉认证来确认分子云的形态。
分子云的二元分类：根据分子云积分强度图，百分比为该类分子云相对于分子云总数的占比。？ 图源：作者
结果发现，在这些分子云中，10%左右的分子云呈现出纤维状形态，但它们占据了90%以上的质量。即符合一九定律：世界上一成的人掌控着全球九成的财富。可以说纤维状分子云是星际介质中“豪门”，它们聚集了大部分分子气体，可能构成了分子云的主体结构。
进一步系统性地对比研究纤维状和非纤维状分子云的基本物理性质，我们发现这两种不同形态分子云之间的主要差别在于其尺度大小：纤维状分子云倾向于具有更大的尺度。样本中纤维状分子云最大的尺度可达约80pc（秒差距，1pc = 3.26光年），而非纤维状结构的尺度主要集中在约1pc；但它们的分子柱密度却没有明显的差异（平均约为3×1020 cm？2）。前 期的研究认为：由于重力不稳定，长的纤维状结构会碎裂成多个短小的非纤维状结构；在碰撞过程中，一些小的团块会拼接成大的纤维状分子云。通过进一步的观测 和分析，比如研究纤维状和非纤维状分子云中的致密气体占比等，可以帮助我们深入理解这些问题。基于纤维状结构的分子云分类为我们理解分子云的演化规律和恒 星形成过程提供了一个新的维度。将来，通过结合“银河画卷”的CO分子谱线和“中国天眼”FAST的高灵敏度中性氢原子（HI）谱线的巡天数据，可以进一步系统研究从原子云到分子云的转化过程，绘制出展示银河系分子和原子气体分布形形色色的“风土人情”的中国版“画卷”。
参考资料：
[1] Heyer M, Dame T M. Molecular Clouds in the Milky Way[J]. ARA&A, 2015, 53:583-629.[2] Pokhrel R, Myers P C, Dunham M M, et al. Hierarchical Fragmentation in the Perseus Molecular Cloud: From the Cloud Scale to Protostellar Objects[J]. ApJ, 2018, 853(1):5.[3] Lixia Yuan, Ji Yang, Fujun Du, Xunchuan Liu et al. A Morphological Classification of 18190 Molecular Clouds Identified in 12CO Data from the MWISP Survey. 2021arXiv210812110Y.（Accepted by ApJS）
新闻来源：https://mp.weixin.qq.com/s/ZJk72OfkMpqlPYTuuBIfTw |
