天文学家利用阿塔卡马大型毫米及次毫米波数组（ALMA）揭示了垂死恒星W Hydrae大气层的57张高分辨率分子电波形象，根据不同的分子形象，呈现出同一颗恒星截然不同的外貌。

　　这项观测展现了距离地球约320光年的老年红巨星W Hydrae（W Hya）在化学上极为多样、结构高度复杂且动态活跃的环境。研究团队同时观测了57条不同分子的谱线，等于同时替一颗恒星拍下了57张不同的分子滤镜形象，每一张都对应恒星湍流大气中不同层次与物理条件。

　　凭借ALMA卓越的电波分辨率（17-20毫角秒），研究团队得以近距离逐渐查看渐进巨星分支（AGB）恒星的表面与周边大气层。W Hydrae被一层不断变化的团块、弧状结构、羽状结构和尾状的气体条带所包覆，这些结构的外观随着观测的分子不同而大幅改变。在某些分子形象中，大气层延伸至恒星半径的数倍，若将W Hydrae放在太阳系中心，其膨胀的大气层将吞没水星、金星、地球与火星。

　　这些膨胀区域形成由震波、脉动、对流与化学反应共同塑造的巨大云层。ALMA的高角分辨率还观察到了恒星盘上物质向外流动与向内掉落的过程，靠近恒星表面的气体以最高约10 km/s向外被推送，再外层一点的物质却又以最高约13 km/s的速度往内掉回。

　　 ALMA在不同分子谱线下观测到垂死恒星W Hydrae的不同面貌。此处展示57张形象中的30张。（Source：K. Ohnaka – N. Lira – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)）

　　研究的另一项亮点为直接联系起分子与新生尘埃的关系。研究团队将ALMA的分子形象与甚大望远镜（VLT）取得的可见光偏振形象进行比对，两批数据的观测时间相差仅九天，如此紧密的观测时间使得研究人员能够几乎即时地将气体化学反应与尘埃形成联系起来。

　　结果显示SiO、水气（H₂O）、AlO等分子恰好位于VLT形象中看到的团块状尘埃云之处，显示它们直接参与了尘埃粒子的生成。SO、SO₂、TiO，可能还有TiO₂在部分区域与尘埃重叠，推测也通过震波驱动的化学作用参与尘埃形成。HCN则多在靠近恒星的区域形成，但并未直接参与尘埃生成。这些结果是第一次在具分辨率的尺度上，关注到分子转换成尘埃的过程。

　　 Line 5（SiO）（左）与Line 9（SO₂）（右）。通过比较SiO发出的光和甚大望远镜（VLT）拍摄的尘埃（固体颗粒）形象，可以研究尘埃颗粒如何从气体中凝结。利用SO₂则可以探测脉动恒星产生的冲击波冲击的气体中的化学成分。（Source：K. Ohnaka, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)）

　　这些观测为理解临终恒星如何抛出物质提供了极为珍贵的实验室。AGB在生命末期大量抛出气体与尘埃，这些物质将丰富星际介质中的元素与分子，最终形成新的恒星、聚集成行星、卫星、小行星与彗星，甚至构成生命所需的关键化学成分。然而，AGB恒星的质量流失，是恒星物理中最大、尚未解决的难题之一，而对最内层区域（即外流开始和尘埃刚形成的地方）进行直接的高分辨率成像对于解决这一问题相当关键。

　　有了ALMA，天文学家终于可以直接观测到物质流出刚起始的区域，那里震波、化学作用与尘埃生成彼此交织。W Hydrae给了我们一个难得的机会，用真正看得见细节的数据来检验并修正现有模型。

　　（首图来源：ESO/C. Malin, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons）