研究发现恒星形成区氧元素丰度的径向变化

近日，广州大学毛业伟博士、中国科学院上海天文台林琳博士和中国科学技术大学孔旭教授等，利用中国科学院国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜观测，发现星系NGC 2403内部恒星形成区的氧元素丰度具有明显的径向变化。

通过比较分析不同氧元素丰度指针，科研团队发现恒星形成区氧元素丰度的径向变化，主要是由于电离态径向梯度引起的。基于这项工作的研究论文已于日前在国际天文学期刊《天体物理学杂志》上发表。

此次2.16米望远镜对NGC 2403的观测，是孔旭主导的2.16米望远镜重点课题“近邻星系恒星形成区光谱观测研究”计划的一部分。

目前，对星系内部恒星形成区二维光谱研究较少，氧元素丰度径向变化仅在星系M33的两个恒星形成区中通过积分场光谱仪的观测被发现。这次在同一个星系中超过10个恒星形成区中发现的径向梯度特征，表明元素丰度计算对电离态的敏感，是一个普遍且不容忽视的现象，元素丰度指针背后的物理内涵远比人们此前想象的复杂。

这项工作的创新之处在于对长缝光谱数据的空间分解抽取，即在数据处理时，对于每一个恒星形成区，抽取其内部不同半径处的光谱，从而得到一组由内到外的径向光谱。目前，对河外星系中恒星形成区的光谱研究基本都是对恒星形成区进行整体测量，把一个恒星形成区综合成为一个点，然而这样就失去了发现恒星形成区内部随空间位置变化现象的机会。

毛业伟说：“其实我们观测的最初目的也是对恒星形成区进行整体测量，但是在数据处理时我们发现观测到的NGC 2403 中的恒星形成区都非常大而亮，可以尝试抽取其内部的光谱进行空间分解研究。对单个恒星形成区不同半径处光谱的抽取，实际上是对不同电离态进行自然采样，这种采样不需要借助其他观测特征，因此最为准确。可是，对于长缝光谱仪的观测数据来说，没有对目标源进行空间分解抽谱的先例，我们只能自己探索技术路线。”

经过不断地尝试、分析、检查、论证，研究人员最终解决了数据处理过程中遇到的各种问题，收获了可靠而有趣的结果。

国际著名天文学家，剑桥大学教授罗伯特（曾任剑桥大学物理学院院长、剑桥大学天文研究所主任、《天体物理学杂志》主编）对这项工作给予了很高的评价：“目前还没有很多研究论文涉及强线丰度指针在恒星形成区内部的变化，而这篇论文的作者所展示的径向变化确实揭露了经验丰度的系统偏差与强线指针的电离敏感性相关。尽管电离参数的影响是否可以完全解释普遍存在的极光线丰度和星云模型丰度之间差异仍然有待证明，但是这项工作所发现的发射线流量比的变化本身就非常有意义。”

恒星形成和光致电离领域专家、西班牙格兰纳达大学副教授莫尼卡（曾利用积分场光谱仪的观测在 M33 中的两个恒星形成区中发现强线指针的变化趋势）也给出了如下评论：“这项工作展示的发射线流量比在恒星形成区内部的变化作为一个很好的科学案例，补充并延续了此前的对单个恒星形成区全覆盖的积分场光谱研究。”