我们的邻近仙女座星系隐藏着近500个我们从未知道存在的巨大分子云

美国宇航局星系演化探测器拍摄的仙女座星系图像。图片来源：uux.cn/NASA

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：在宇宙这片寂静而广阔的宇宙中，我们最近的天体邻居如同一座闪烁的光之岛。仙女座星系，天文学家称之为梅西耶31号，是一个巨大的横纹螺旋，在许多方面与我们的星系系相似，但它旋转的环形中隐藏着我们才刚刚开始绘制的秘密。仙女座覆盖约152,000光年，质量高达惊人的1.5万亿太阳质量，它不仅仅是望远镜中的美丽景象;它是理解宇宙如何形成恒星的实验室。要理解这一过程，科学家们必须超越明亮的星光，进入星系储存原材料的黑暗、冰冷的育婴室。这些是巨大的分子云，是星际介质中最冷、最密集的区域。

这些云是星系诞生的幽灵，是古代星系首次融合时遗留下来的巨大气体和尘埃储藏。这些复合物主要由分子氢组成，通常非常巨大，超过10万太阳质量的复合物被称为巨型分子云（GMC）。它们的直径从15光年到600光年不等，作为新太阳构建的安静而冰冷的基础。因为仙女座是我们最近的主要邻居，它为人类提供了一个前所未有的机会，以前所未有的细节窥探这些苗圃。最近，由卡迪夫大学的贾罗·弗拉基米尔·阿米霍斯-阿本达诺领导的天文学家团队将注意力转向这些黑暗储存库，试图绘制一幅关于仙女座星系隐藏建筑的权威地图集。

为了探寻黑暗中隐藏的秘密，研究人员利用了毫米波天文学研究联合阵列（CARMA）。这项精密工具使他们能够透视星系尘埃，识别出肉眼无法察觉的分子气体特征。目标雄心勃勃：通过在位置和速度的三维框架中分析数据，构建一个全面的GMC样本。正如研究人员所解释的，“这项工作旨在通过对CARMA数据在位置-位置-速度空间中应用树轮图，创建一个迄今为止最大的M31云样本。”

通过采用这种“树轮图”方法——一种分支数据以观察结构如何嵌套的方式——团队开始观察仙女座的骨骼结构。他们不仅仅是在寻找地图上的静态点;他们在寻找运动和质量。这项观测活动的结果最近发布在预印本服务器arXiv上，揭示了一个隐藏的世界，人口远比以往所知的要多得多。团队成功识别出453个分子云，这一壮举创造了仙女座星系有史以来最大的云目录。除了这些单独的云层外，他们还发现了35个显示多重速度分量的源，团队识别出这些系统是多个云可能相互作用或重叠的复杂系统。

随着研究人员对这数百个天体的编目，仙女座育幼室的物理轮廓开始浮现。数据显示这些云层规模确实巨大。平均而言，已识别的云半径约为72光年，平均质量约为158,500个太阳质量。这些不是漂浮的烟雾，而是沉重且有影响力的星际介质锚点。为了了解这些云是稳定还是正在坍缩形成新恒星，团队计算了它们的速度色散——即气体内部运动的度量——，结果大约是2.8公里/秒。这种运动显示出与云层距离星系中心距离的轻微“弱反相关性”。

星系考古学中最重要的问题之一是，这些云团究竟只是通过它们，还是仅仅靠自身引力维系在一起。通过计算“维里尔参数”——一种用数学方法衡量运动能量与引力的拉力——团队找到了平均值和中位数分别为2.0和1.4。这一数据点至关重要，因为它揭示了这些气态巨行星的命运。研究人员确定仙女座星系中约66%的云被引力束缚。在深空无声的拉锯战中，这些云团拥有足够的质量以维系自身，标志着它们是未来恒星最终点燃的决定性地点。

凭借这份庞大的新星表，卡迪夫大学团队完成了一件罕见的任务：将仙女座云层的“DNA”与我们星系系中的云层进行比较。虽然这两个星系从远处看起来像兄弟姐妹，但研究发现它们内部的组成部分具有鲜明的个性。当天文学家将仙女座云的大小和质量值与我们家属星系系的云进行比较时，他们发现了一个惊人的差异。在大多数空间区域，人们可能会预期云的质量会以可预测的比例增长，但仙女座遵循它自己的规则。

研究显示，仙女座云的质量与星系系中云的半径不同步。这些巨型复合体的结构“坡度”存在根本差异。正如科学家们总结的那样，“我们的大小-质量关系的斜率比星系系的云和云复合体中的斜率要浅。”这一发现表明，尽管仙女座和星系系都是大型螺旋星系，但其气体储藏的环境条件或历史却以不同的方式塑造了它们的恒星形成区域。仙女座的云层结构独特，使它们区别于我们家附近的苗圃。

这项研究是我们理解本地宇宙的里程碑。通过创建我们最近邻最大的分子云目录，团队提供了一本新的“云图集”，将为未来天文研究奠定基础。理解这些云是真正理解星系生命周期的唯一途径。由于这些云是恒星的诞生地，了解它们的质量、稳定性以及分布方式，可以告诉我们仙女座的未来——进而关乎我们宇宙邻域的未来。

此外，仙女座云层的尺度与我们自身不同的发现，挑战了所有螺旋星系在底层功能完全相同的假设。它提醒我们，每个星系都有其独特的演化和物理限制。通过记录66%的云层由重力维系，科学家们现在可以精确定位下一次恒星涌现的位置——梅西耶31号。这项工作弥合了星系庞大发光尺度与气体和尘埃冷静、黑暗、微观相互作用之间的鸿沟，这些相互作用使宇宙中最宏伟的结构成为可能。通过CARMA的视角和加的夫团队的奉献，仙女座的隐秘边界终于被揭示出来。

更多信息请参见J. Armijos-Abendaño等人，《M31中的云属性与恒星形成》，arXiv（2025年）。DOI： 10.48550/arxiv.2512.22698