Abstract We report ALMA observations with resolution ≈0.″5 at 3 mm of the extended Sgr B2 cloud in the Central Molecular Zone (CMZ). We detect 271 compact sources, most of which are smaller than 5000 au. By ruling out alternative possibilities, we conclude that these sources consist of a mix of hypercompact H ii regions and young stellar objects (YSOs). Most of the newly detected sources are YSOs with gas envelopes that, based on their luminosities, must contain objects with stellar masses  M * ≳ 8  M ⊙ . Their spatial distribution spread over a ∼12 × 3 pc region demonstrates that Sgr B2 is experiencing an extended star formation event, not just an isolated “starburst” within the protocluster regions. Using this new sample, we examine star formation thresholds and surface density relations in Sgr B2. While all of the YSOs reside in regions of high column density (  N ( H 2 ) ≳ 2 ×  10 23    cm − 2  ), not all regions of high column density contain YSOs. The observed column density threshold for star formation is substantially higher than that in solar vicinity clouds, implying either that high-mass star formation requires a higher column density or that any star formation threshold in the CMZ must be higher than in nearby clouds. The relation between the surface density of gas and stars is incompatible with extrapolations from local clouds, and instead stellar densities in Sgr B2 follow a linear  Σ * – Σ gas relation, shallower than that observed in local clouds. Together, these points suggest that a higher volume density threshold is required to explain star formation in CMZ clouds.

The star formation rate in the Central Molecular Zone (CMZ) is an order of magnitude lower than predicted according to star formation relations that have been calibrated in the disc of our own and nearby galaxies. Understanding how and why star formation appears to be different in this region is crucial if we are to understand the environmental dependence of the star formation process. Here, we present the detection of a sample of high-mass cores in the CMZ's "dust ridge" that have been discovered with the Submillimeter Array as part of the CMZoom survey. These cores range in mass from ~ 50 - 2150 Msun within radii of 0.1 - 0.25 pc. All appear to be young (pre-UCHII), meaning that they are prime candidates for representing the initial conditions of high-mass stars and sub-clusters. We report that at least two of these cores ('c1' and 'e1') contain young, high-mass protostars. We compare all of the detected cores with high-mass cores in the Galactic disc and find that they are broadly similar in terms of their masses and sizes, despite being subjected to external pressures that are several orders of magnitude greater - ~ 10^8 K/cm^3, as opposed to ~ 10^5 K/cm^3. The fact that > 80% of these cores do not show any signs of star-forming activity in such a high-pressure environment leads us to conclude that this is further evidence for an increased critical density threshold for star formation in the CMZ due to turbulence.

Abstract We investigate star formation at very early evolutionary phases in five massive clouds in the inner 500 pc of the Galaxy, the Central Molecular Zone (CMZ). Using interferometer observations of H 2 O masers and ultra-compact H ii regions, we find evidence of ongoing star formation embedded in cores of 0.2 pc scales and ≳10 5 cm −3 densities. Among the five clouds, Sgr C possesses a high (9%) fraction of gas mass in gravitationally bound and/or protostellar cores, and follows the dense (≳10 4 cm −3 ) gas star formation relation that is extrapolated from nearby clouds. The other four clouds have less than 1% of their cloud masses in gravitationally bound and/or protostellar cores, and star formation rates 10 times lower than predicted by the dense gas star formation relation. At the spatial scale of these cores, the star formation efficiency is comparable to that in Galactic disk sources. We suggest that the overall inactive star formation in these CMZ clouds could be because there is much less gas confined in gravitationally bound cores, which may be a result of the strong turbulence in this region and/or the very early evolutionary stage of the clouds when collapse has only recently started.

Young massive clusters (YMCs) are the most compact, high-mass stellar systems still forming at the present day. The precursor clouds to such systems are, however, rare due to their large initial gas mass reservoirs and rapid dispersal timescales due to stellar feedback. Nonetheless, unlike their high-z counterparts, these precursors are resolvable down to the sites of individually forming stars, and hence represent the ideal environments in which to test the current theories of star and cluster formation. Using high angular resolution (1$^{\prime\prime}$ / 0.05pc) and sensitivity ALMA observations of two YMC progenitor clouds in the Galactic Centre, we have identified a suite of molecular line transitions -- e.g. c-C$_{3}$H$_{2} $($7-6$) -- that are believed to be optically thin, and reliably trace the gas structure in the highest density gas on star-forming core scales. We conduct a virial analysis of the identified core and proto-cluster regions, and show that half of the cores (5/10) and both proto-clusters are unstable to gravitational collapse. This is the first kinematic evidence of global gravitational collapse in YMC precursor clouds at such an early evolutionary stage. The implications are that if these clouds are to form YMCs, then they likely do so via the "conveyor-belt" mode, whereby stars continually form within dispersed dense gas cores as the cloud undergoes global gravitational collapse. The concurrent contraction of both the cluster-scale gas and embedded (proto)stars ultimately leads to the high (proto)stellar density in YMCs.

We report the discovery of a population of deeply embedded protostellar candidates in the 20 km s−1 cloud, one of the massive molecular clouds in the Central Molecular Zone (CMZ) of the Milky Way, using interferometric submillimeter continuum and H2O maser observations. The submillimeter continuum emission shows five 1 pc scale clumps, each of which further fragments into several 0.1 pc scale cores. We identify 17 dense cores, among which 12 are gravitationally bound. Among the 18 H2O masers detected, 13 coincide with the cores and probably trace outflows emanating from the protostars. There are also 5 gravitationally bound dense cores without H2O maser detection. In total, the 13 masers and 5 cores may represent 18 protostars with spectral types later than B1 or potentially growing more massive stars at earlier evolutionary stages, given the non-detection in the centimeter radio continuum. In combination with previous studies of CH3OH masers, we conclude that the star formation in this cloud is at an early evolutionary phase, before the presence of any significant ionizing or heating sources. Our findings indicate that star formation in this cloud may be triggered by a tidal compression as it approaches pericenter, similar to the case of G0.253+0.016 but with a higher star formation rate, and demonstrate that high angular resolution, high-sensitivity maser, and submillimeter observations are promising techniques to unveil deeply embedded star formation in the CMZ.

Abstract We present new observations of the C -band continuum emission and masers to assess high-mass (>8  ) star formation at early evolutionary phases in the inner 200 pc of the Central Molecular Zone (CMZ) of the Galaxy. The continuum observation is complete to free–free emission from stars above 10–11  in 91% of the covered area. We identify 104 compact sources in the continuum emission, among which five are confirmed ultracompact H ii regions, 12 are candidates of ultracompact H ii regions, and the remaining 87 sources are mostly massive stars in clusters, field stars, evolved stars, pulsars, extragalactic sources, or of unknown nature that is to be investigated. We detect class ii CH 3 OH masers at 23 positions, among which six are new detections. We confirm six known H 2 CO masers in two high-mass star-forming regions and detect two new H 2 CO masers toward the Sgr C cloud, making it the ninth region in the Galaxy that contains masers of this type. In spite of these detections, we find that current high-mass star formation in the inner CMZ is only taking place in seven isolated clouds. The results suggest that star formation at early evolutionary phases in the CMZ is about 10 times less efficient than expected from the dense gas star formation relation, which is in line with previous studies that focus on more evolved phases of star formation. This means that if there will be any impending, next burst of star formation in the CMZ, it has not yet begun.

We recently reported a population of protostellar candidates in the 20 km s$^{-1}$ cloud in the Central Molecular Zone of the Milky Way, traced by H$_2$O masers in gravitationally bound dense cores. In this paper, we report high-angular-resolution ($\sim$3'') molecular line studies of the environment of star formation in this cloud. Maps of various molecular line transitions as well as the continuum at 1.3 mm are obtained using the Submillimeter Array. Five NH$_3$ inversion lines and the 1.3 cm continuum are observed with the Karl G. Jansky Very Large Array. The interferometric observations are complemented with single-dish data. We find that the CH$_3$OH, SO, and HNCO lines, which are usually shock tracers, are better correlated spatially with the compact dust emission from dense cores among the detected lines. These lines also show enhancement in intensities with respect to SiO intensities toward the compact dust emission, suggesting the presence of slow shocks or hot cores in these regions. We find gas temperatures of $\gtrsim$100 K at 0.1-pc scales based on RADEX modelling of the H$_2$CO and NH$_3$ lines. Although no strong correlations between temperatures and linewidths/H$_2$O maser luminosities are found, in high-angular-resolution maps we notice several candidate shock heated regions offset from any dense cores, as well as signatures of localized heating by protostars in several dense cores. Our findings suggest that at 0.1-pc scales in this cloud star formation and strong turbulence may together affect the chemistry and temperature of the molecular gas.

We present an overview of the CMZoom survey and its first data release. CMZoom is the first blind, high-resolution survey of the Central Molecular Zone (CMZ; the inner 500 pc of the Milky Way) at wavelengths sensitive to the pre-cursors of high-mass stars. CMZoom is a 500-hour Large Program on the Submillimeter Array (SMA) that mapped at 1.3 mm all of the gas and dust in the CMZ above a molecular hydrogen column density of 10^23 cm^-2 at a resolution of ~3" (0.1 pc). In this paper, we focus on the 1.3 mm dust continuum and its data release, but also describe CMZoom spectral line data which will be released in a forthcoming publication. While CMZoom detected many regions with rich and complex substructure, its key result is an overall deficit in compact substructures on 0.1 - 2 pc scales (the compact dense gas fraction: CDGF). In comparison with clouds in the Galactic disk, the CDGF in the CMZ is substantially lower, despite having much higher average column densities. CMZ clouds with high CDGFs are well-known sites of active star formation. The inability of most gas in the CMZ to form compact substructures is likely responsible for the dearth of star formation in the CMZ, surprising considering its high density. The factors responsible for the low CDGF are not yet understood but are plausibly due to the extreme environment of the CMZ, having far-reaching ramifications for our understanding of the star formation process across the cosmos.

We report ALMA Band 6 continuum observations of 2000 AU resolution toward four massive molecular clouds in the Central Molecular Zone of the Galaxy. To study gas fragmentation, we use the dendrogram method to identify cores as traced by the dust continuum emission. The four clouds exhibit different fragmentation states at the observed resolution despite having similar masses at the cloud scale ($\sim$1--5 pc). Assuming a constant dust temperature of 20 K, we construct core mass functions of the clouds and find a slightly top-heavy shape as compared to the canonical initial mass function, but we note several significant uncertainties that may affect this result. The characteristic spatial separation between the cores as identified by the minimum spanning tree method, $\sim$$10^4$ AU, and the characteristic core mass, 1--7 $M_\odot$, are consistent with predictions of thermal Jeans fragmentation. The three clouds showing fragmentation may be forming OB associations (stellar mass $\sim$$10^3$ $M_\odot$). None of the four clouds under investigation seem to be currently able to form massive star clusters like the Arches and the Quintuplet ($\sim$$10^4$ $M_\odot$), but they may form such clusters by further gas accretion onto the cores.

G0.253+0.016, aka 'the Brick', is one of the most massive (> 10^5 Msun) and dense (> 10^4 cm-3) molecular clouds in the Milky Way's Central Molecular Zone. Previous observations have detected tentative signs of active star formation, most notably a water maser that is associated with a dust continuum source. We present ALMA Band 6 observations with an angular resolution of 0.13" (1000 AU) towards this 'maser core', and report unambiguous evidence of active star formation within G0.253+0.016. We detect a population of eighteen continuum sources (median mass ~ 2 Msun), nine of which are driving bi-polar molecular outflows as seen via SiO (5-4) emission. At the location of the water maser, we find evidence for a protostellar binary/multiple with multi-directional outflow emission. Despite the high density of G0.253+0.016, we find no evidence for high-mass protostars in our ALMA field. The observed sources are instead consistent with a cluster of low-to-intermediate-mass protostars. However, the measured outflow properties are consistent with those expected for intermediate-to-high-mass star formation. We conclude that the sources are young and rapidly accreting, and may potentially form intermediate and high-mass stars in the future. The masses and projected spatial distribution of the cores are generally consistent with thermal fragmentation, suggesting that the large-scale turbulence and strong magnetic field in the cloud do not dominate on these scales, and that star formation on the scale of individual protostars is similar to that in Galactic disc environments.