恒星形成于星系中主要由氢分子组成的分子云（molecular clouds）中，分子云内部最致密的部分称为分子云核（molecular cores），分子云核在自身引力作用下坍缩形成原恒星（protostars）。但并非所有的分子云核都拥有形成恒星的能力，寻找能够形成恒星的分子云核是恒星形成领域的重要研究课题。
普朗克卫星巡天在银河系中探测到13188个冷尘埃团块（简称普朗克冷团块，Planck Galactic Cold Clumps）。“这些全天分布的冷团块典型尘埃温度小于14K（约零下250摄氏度），大部分内部没有剧烈的恒星形成活动，是研究恒星形成极早期演化阶段的样本。”上海天文台博士、项目负责人刘铁说道。
2015年起，由刘铁领衔、来自十余个国家的160余名专家学者组成的国际团队“SCOPE”，利用麦克斯韦望远镜（JCMT）对该普朗克冷团块进行迄今为止最大规模的高分辨率普查。该大型观测项目“SCOPE”获得1000余个普朗克冷团块在850微米波长处的连续谱图像，从中探测到逾3500个致密的冷分子云核。“这些冷分子云核是真正孕育恒星胚胎的场所。”刘铁说道。
近期，SCOPE团队利用日本国立射电天文台的45米射电望远镜对207个由SCOPE项目发现的分子云核进行分子谱线的跟踪观测，其中113个云核位于猎户座巨分子云中，研究人员测量出这些云核中氘化分子的丰度。“氘是氢的一种同位素，研究发现，分子云核中氘化分子的丰度在将要形成恒星的云核中最高。恒星形成后，云核中氘化分子的丰度会降低。”日本国立射电天文台台长、SCOPE项目日本地区负责人、博士立松健一解释道，“因此，氘化分子丰度高的云核最接近恒星形成的初始时刻。”
研究发现，猎户座巨分子云中30%的无星云核（starless cores）的氘化分子丰度比L1544无星云核高。相关研究成果发表在The astrophysical journal supplements（ApJS）上。“L1544是一个即将形成恒星的分子云核，团队探测到比L1544氘化分子丰度更高的云核，提供研究恒星形成初始时刻物理化学性质的最佳样本。”论文第一作者、日本国立天文台博士金观正解释道。此外，研究还发现一些已形成恒星的云核也具有很高的氘化分子丰度，说明这些云核刚形成恒星不久。
SCOPE团队利用阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）对猎户座巨分子云的高氘化分子丰度的云核进行高分辨率观测。首批研究成果以两篇学术论文的形式发表在《天体物理学杂志》（The astrophysical journal; ApJ）上。研究发现，一个无星云核的“有丝分裂”，探测到一个恒星“宝宝”的奇异“双眼”结构，发现四个新的“宇宙化工厂”。
1.观测到无星云核的“有丝分裂”
银河系内部相当一部分恒星处于双星或多星系统中，但多星系统的形成机制尚不清楚。科学理论认为多星系统可能形成于无星云核的分裂，然而，无星云核的分裂迹象很难被观测证实。
SCOPE团队利用ALMA，在一个无星云核G211中发现分裂迹象。G211处于猎户座的一个丝状分子云中（图2b），该丝状分子云分裂成近乎等间距排列的云核，而ALMA发现云核（G211）内部也分裂成相似的等间距子结构（或称凝聚体condensations；图2d）。其中最致密的凝聚体可能正处于引力收缩阶段。“分子云中的这类分形结构对研究多星系统的形成具有意义，该研究证实多星系统起源于无星云核的分裂。” 立松健一解释道。
2.观测到恒星“宝宝”的奇异“双眼”结构
编号为G210的原恒星云核诞生于猎户座的一个丝状分子云中（图2c），已形成恒星，具有高氘化分子丰度。根据ALMA观测，SCOPE团队发现氘化偶氮离子（N2D+）具有两个峰值，等距分布在原恒星两边，如一双“眼睛”（图2e）。
“原恒星形成后加热周围的尘埃和气体，一氧化碳分子从尘埃表面蒸发出来，并与氘化分子发生化学反应，降低原恒星周围氘化分子的丰度，从而形成奇异的‘双眼’结构。”立松健一解释道，“该结构的发现有助于研究原恒星形成过程中的物理与化学过程。”
3.发现新的“宇宙化工厂”
2018年，SCOPE团队利用ALMA启动一项新的观测项目（ALMASOP），对猎户座72个SCOPE发现的云核进行超高分辨率(~100倍日地距离)的观测。近期，ALMASOP项目组发布首批成果，发现四个新的“宇宙化工厂”，即低质量热核（hot corinos）。“低质量热核是一类特殊的分子云核。它们在低质量原恒星周围很小的（~100au）、热的（~100K）区域呈现丰富的复杂有机分子跃迁谱线。”SCOPE项目台湾地区负责人、台湾“中央研究院”天文所博士吕圣元解释道，“它们对研究生命前分子及生命起源具有价值。”
新发现的低质量热核具有丰富的谱线跃迁（图3）。在其中的一个低质量热核中，研究人员探测到与生命起源有关的有机分子甲酰胺（NH2CHO）。“低质量热核非常稀少，之前只发现了10余例。”台湾大学在读博士生、Paper III的第一作者许世颖说道，“团队已发表的工作仅利用ALMASOP项目低分辨率的ACA阵列数据，从ALMASOP的高分辨率的12米阵列数据中证认出更多的低质量热核，后续工作将会带来已知的低质量热核数目翻倍。”
上述研究有助于理解恒星在分子云核中形成的过程。“未来团队将对更多的由SCOPE项目探测到的冷云核进行高分辨率（ALMA）的观测，以期系统全面地理解恒星形成最初始阶段的物理化学条件”，刘铁总结道。
图1.麦克斯韦望远镜（JCMT），图片版权：东亚天文台。左上角彩图是普朗克353GHz连续谱图，黑点是普朗克冷团块在银河系的分布，蓝点是TRAO14米巡天的目标源，粉色点是JCMT SCOPE大型项目的目标源，图片来源：LIU et al. 2018。右上角图：JCMT/SCUBA-2观测的普朗克冷团块的850微米连续谱。
图2.（a）猎户座光学图像；（b）无星云核G211所处的丝状分子云。彩色图是JCMT/SCUBA-2探测的850微米连续谱发射，等值线是NRO 45米探测的氢化偶氮离子（N2H+）气体分布；（c）原恒星云核G210所处的丝状分子云，彩图和等值线与图b相同；（d）ALMA 1.3毫米连续谱观测的无星云核G211内部子结构分布（峰值A-E）；（e）ALMA观测的原恒星云核G210内部氘化偶氮离子（N2D+）气体分布，星号代表原恒星位置。
图3.上边例图中的彩图是一个低质量热核的分子谱线发射图，等值线是1.3毫米连续谱图。下边例图是中心位置处的一个光谱窗口，黑色是观测光谱，红色是理论证认的谱线光谱
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