在宇宙中，有些星系的恆星形成速度遠快於我們的銀河系，這些星系被稱為星爆星系。但星爆現象並不是永恆存在的，如何發生如此高產量的恆星形成以及它如何結束，目前仍然有一個謎團。而編號NGC 253星系就是一個星爆星系。天文學家利用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）觀測了星爆星系NGC 253，在其中檢測到了一百多種化學分子，遠超過以往在銀河系之外星系中觀測到的數量，其中包括首次在銀河系之外檢測到的分子，如乙醇和含磷的化學分子。研究利用發現到的不同的化學分子，試圖拼湊出一個星系是如何開始星爆以及如何結束。這項研究是從ALMA全面高解析度星系分子清單調查計畫（ALCHEMI）的幾篇論文中匯編而來的。
此次研究發現，NGC 253的中心有很多密集的氣體，這有助於形成恆星。這些分子氣體的密度是我們自己銀河系中心的氣體密度的十倍以上，這可能解釋了為什麼NGC 253能以比我們銀河系約30倍的效率形成恆星。一個可能有助於將分子雲壓縮成更密集的機制是分子雲之間的碰撞，在NGC 253的中心，分子雲的碰撞可能發生在氣體和恆星流交匯處，產生以超音速速度行進的衝擊波來壓縮星際介質。天文學家還發現，在活躍的恆星形成區域周圍有豐富的有機分子，這些有機分子可以追蹤正在進行的恆星形成。我們已經知道，複雜的有機分子在年輕恆星周圍很豐富。在NGC 253中，活躍的恆星形成會形成類似銀河系中個別年輕恆星周圍看到的熱和密集環境，NGC 253中心的複雜有機分子量與銀河系中原恆星周圍的相似。
除了可能促進恆星形成的物理條件外，這項研究還揭示了由先前一代恆星留下的惡劣環境，這可能會減緩未來的恆星形成。當大質量恆星死亡時，它們會引起被稱為超新星的大規模爆炸，釋放出被稱為宇宙射線的高能粒子。該地區的化學分子受到的宇宙射線而遊離電子的效率至少比太陽系附近高1,000倍。這表示超新星產生了相當大的能量輸入，使分子雲中氣體很難再「降溫」並凝結形成恆星，因此抑制未來的恆星形成，暗示著星爆的結束。此次項研究就觀察到在NGC 253中發達的星爆區域中增強的遊離化學分子，如H3O+和HOC+，表示來自大質量恆星死亡的能量輸出。NGC 253已經有很多恆星爆炸成超新星，這些強大的能量爆發使氣體很難在未來聚集形成新的恆星。
最後，此次研究結果提供了一共包含44種化學分子物種的光譜，使得我們從銀河系以外獲得的化學分子光譜數量翻倍。研究團隊預期透過觀測更多化學分子，星爆機制的理解將得到進一步提升。未來還會將機器學習技術應用於光譜分析，研究人員可以更有效地識別哪些分子可以追蹤上述星爆的形成過程及如何結束。（編譯／段皓元）
資料來源：ALMA Press Releases
圖說：星爆星系NGC 253中心的的光譜研究示意圖。圖中上方展示了星系中心的光譜，下半部則標示了各種化學分子的分佈位置。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Harada et al.
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