星系中的分子氣體，特別是其中的高密度部分，與恆星形成緊密相連。探測星系中的緻密分子氣體，對理解其中的恆星形成具有重要意義。

已有研究透過觀測大偶極距分子（HCN、HNC、HCO+、CS 等）的轉動躍遷譜線以示蹤緻密分子氣體，並探討了恆星形成率與緻密分子氣體之間的關係。然而，由於可能存在化學丰度影響、臨界密度差異等不確定性因素，關於這些探針對緻密分子氣體的示蹤是否有系統偏差，存在爭議。因此，亟需針對“不同的分子探針示蹤緻密分子氣體是否一致”開展系統性的研究。

近日，由中國科學院上海天文臺科研人員牽頭的研究團組構建了目前國際上最大的擁有4個緻密分子氣體探針的同時觀測資料的星系樣本，發現它們在示蹤緻密氣體的性質上沒有本質差別。相關研究成果已被《英國皇家天文學會月刊》（MNRAS）接收。

研究人員利用位於西班牙的IRAM 30米毫米波段望遠鏡對一個包括約70個近鄰星系的樣本進行了多個緻密分子氣體探針（HCN、HCO+、HCN 1-0以及CS 3-2）的同時觀測，這是迄今國際最大的擁有多緻密分子氣體探針的同時觀測資料的星系樣本。此外，研究人員還收集了前人發表的相關HCN、HCO+、HCN 1-0的兩個觀測樣本結果，獲得了約140個源的相關資訊。樣本在紅外光度上相差千萬倍。

論文第一作者、上海天文臺博士生李菲（於2020年7月畢業，現為南京大學博士後）介紹，作為博士期間的研究內容之一，基於這個大樣本，她所在的團隊研究了分子氣體探針與恆星形成率的關係。結果表明，這4個緻密分子氣體探針的譜線光度與星系的紅外光度之前都存在緊密的線性相關，即雖然這些緻密分子氣體探針具有不同的臨界密度，但在示蹤緻密氣體的性質上並無本質差別。

研究的統計結果表明，不同紅外光度星系中緻密氣體的恆星形成效率（恆星形成率與氣體質量的比值）並無差異。這說明，雖然在具體星系中，不同的緻密分子氣體探針對緻密分子氣體質量的估算可能存在幾倍的差異。但是，在進行大樣本統計研究時，這些不同的緻密分子氣體探針可以一致地示蹤正在形成恆星的緻密分子氣體，恆星形成效率均不隨恆星形成率變化。

前人基於小樣本分析認為，HCN/HCO+譜線強度比能夠幫助判定該星系是否由深埋的AGN或星暴主導。“但大樣本研究結果表明，該引數並不能很好地區分星系是否由深埋的AGN或星暴主導，在一定程度上，我們不支援前人工作得到的結論。”論文通訊作者、上海天文臺研究員王均智說。

研究工作獲得國家自然科學基金重大專案的資助。團隊成員來自上海天文臺、德國馬普地外物理研究所、中科院國家天文臺、南京大學和德國馬普射電研究所。

圖。緻密分子氣體探針HCN 1-0、HCO+1-0、HNC 1-0、CS 3-2的譜線光度與星系紅外光度的關係。藍色圓圈標記的源是研究人員利用IRAM 30米的探測資料，紅色圓圈和黃色圓圈標記的源分別來自文獻Privon et al。 （2015）和Costagliola et al。 （2011）。綠色圓圈標記的是未探測到緻密分子氣體探針的源。紅色虛線為所有資料參與擬合的最好斜率，黑色實線是僅利用研究人員探測資料擬合的最好斜率

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