研究发现，恒星从冷的致密分子云核中诞生。大质量恒星诞生后强烈的紫外辐射和星风会电离并加热周围的气体，很快重新塑造其分子云团环境。当大质量恒星演化的生命走到终点时，会发生剧烈的超新星爆发，将大量机械能释放到周围的星际介质中，使气体温度升高至数百万开尔文，这些高温气体向星际空间发射出大量的软X射线。因此，以恒星形成活动为纽带，恒星形成星系中的热气体和冷气体在星系尺度上具有整体的相关性。然而恒星形成集中在更小空间尺度上的分子云中，为了探索高分辨率下的冷、热气体，我们利用钱德拉X射线太空望远镜和地基IRAM-30米毫米波望远镜的深曝光数据对近邻漩涡星系M51（NGC 5194）进行了空间分辨研究。这类空间小尺度上的研究刚刚起步，有望发现恒星形成及其反馈的新规律，有力约束高分辨流体动力学模拟的参数空间，并提供更精确的参量相关关系以大幅提高计算效率。

图1:软X射线与不同冷分子发射线之间的关系

图1展示了软X射线光度与不同的冷气体示踪剂之间的相关关系。图中的红色圆点代表星系中心2kpc范围内的区域，灰点则代表中心2kpc以外的区域。从图中可以看出软X射线光度与每一种冷气体示踪剂之间都存在双重相关性，即随着不同冷气体分子发射线光度的增强，软X射线光度在中心2kpc以外较平缓的增加，在中心2kpc以内则快速上升。这一结果暗示着星系中心和星系盘上的热气体加热环境会有明显不同。软X射线光度与总红外光度(3-1100微米)的相关也展现出类似的双重相关性。

图2展示的是M51不同位置的恒星形成率面密度与X射线辐射效率的关系。我们定义X射线辐射效率为软X射线光度与超新星机械能注入率之比。图中的蓝，灰两条曲线是我们的推导关系。在该推导关系中，我们假设核塌缩超新星是星系热气体加热的主要能量源。图中的点代表不同位置实际观测到的值，不同颜色表示距星系中心的距离。从图中可以看出对于靠近星系中心的区域，推导的蓝色曲线与实际观测值吻合的很好，这表明在星系中心范围核塌缩超新星确实是热气体加热的主导能量源，而且正是由于X射线辐射效率随恒星形成活动的增强而增大，所以在星系中心2kpc内，软X射线的光度会随着冷气体分子发射线或总红外光度的增加而迅速上升从而产生双重相关性。另一方面，星系盘上的很多区域与灰色曲线预测的结果并不一致，这表明在星系盘上加热气体的能量源则是由其它机制所主导。Ia型超新星可能对盘上气体的加热起着重要的作用。

图2: 恒星形成率面密度与X射线辐射效率的相关性

该研究工作发表在国际权威天体物理学术期刊The Astrophysical Journal Letters上（2025年第978卷第2期）。研究论文的第一作者为厦门大学天文学系博士研究生张春意，通讯作者为厦门大学天文学系王俊峰教授，合作者包括厦门大学天文学系曹天文博士。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目和中国博士后基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad9f5e

arxiv链接：https://arxiv.org/abs/2501.01613