The Galactic center is the closest region in which we can study star formation under extreme physical conditions like those in high-redshift galaxies. We measure the temperature of the dense gas in the central molecular zone (CMZ) and examine what drives it. We mapped the inner 300 pc of the CMZ in the temperature-sensitive J = 3-2 para-formaldehyde (p-H$_2$CO) transitions. We used the $3_{2,1} - 2_{2,0} / 3_{0,3} - 2_{0,2}$ line ratio to determine the gas temperature in $n \sim 10^4 - 10^5 $cm$^{-3}$ gas. We have produced temperature maps and cubes with 30" and 1 km/s resolution and published all data in FITS form. Dense gas temperatures in the Galactic center range from ~60 K to > 100 K in selected regions. The highest gas temperatures T_G > 100 K are observed around the Sgr B2 cores, in the extended Sgr B2 cloud, the 20 km/s and 50 km/s clouds, and in "The Brick" (G0.253+0.016). We infer an upper limit on the cosmic ray ionization rate ${\zeta}_{CR} < 10^{-14}$ 1/s. The dense molecular gas temperature of the region around our Galactic center is similar to values found in the central regions of other galaxies, in particular starburst systems. The gas temperature is uniformly higher than the dust temperature, confirming that dust is a coolant in the dense gas. Turbulent heating can readily explain the observed temperatures given the observed line widths. Cosmic rays cannot explain the observed variation in gas temperatures, so CMZ dense gas temperatures are not dominated by cosmic ray heating. The gas temperatures previously observed to be high in the inner ~75 pc are confirmed to be high in the entire CMZ.

In this paper we provide a comprehensive description of the internal dynamics of G0.253+0.016 (a.k.a. 'the Brick'); one of the most massive and dense molecular clouds in the Galaxy to lack signatures of widespread star formation. As a potential host to a future generation of high-mass stars, understanding largely quiescent molecular clouds like G0.253+0.016 is of critical importance. In this paper, we reanalyse Atacama Large Millimeter Array cycle 0 HNCO $J=4(0,4)-3(0,3)$ data at 3 mm, using two new pieces of software which we make available to the community. First, scousepy, a Python implementation of the spectral line fitting algorithm scouse. Secondly, acorns (Agglomerative Clustering for ORganising Nested Structures), a hierarchical n-dimensional clustering algorithm designed for use with discrete spectroscopic data. Together, these tools provide an unbiased measurement of the line of sight velocity dispersion in this cloud, $\sigma_{v_{los}, {\rm 1D}}=4.4\pm2.1$ kms$^{-1}$, which is somewhat larger than predicted by velocity dispersion-size relations for the Central Molecular Zone (CMZ). The dispersion of centroid velocities in the plane of the sky are comparable, yielding $\sigma_{v_{los}, {\rm 1D}}/\sigma_{v_{pos}, {\rm 1D}}\sim1.2\pm0.3$. This isotropy may indicate that the line-of-sight extent of the cloud is approximately equivalent to that in the plane of the sky. Combining our kinematic decomposition with radiative transfer modelling we conclude that G0.253+0.016 is not a single, coherent, and centrally-condensed molecular cloud; 'the Brick' is not a \emph{brick}. Instead, G0.253+0.016 is a dynamically complex and hierarchically-structured molecular cloud whose morphology is consistent with the influence of the orbital dynamics and shear in the CMZ.

Abstract The Survey of Water and Ammonia in the Galactic Center (SWAG) covers the Central Molecular Zone (CMZ) of the Milky Way at frequencies between 21.2 and 25.4 GHz obtained at the Australia Telescope Compact Array at ∼0.9 pc spatial and ∼2.0 km s −1 spectral resolution. In this paper, we present data on the inner ∼250 pc (1.°4) between Sgr C and Sgr B2. We focus on the hyperfine structure of the metastable ammonia inversion lines ( J , K ) = (1, 1)–(6, 6) to derive column density, kinematics, opacity, and kinetic gas temperature. In the CMZ molecular clouds, we find typical line widths of 8–16 km s −1 and extended regions of optically thick ( τ > 1) emission. Two components in kinetic temperature are detected at 25–50 K and 60–100 K, both being significantly hotter than the dust temperatures throughout the CMZ. We discuss the physical state of the CMZ gas as traced by ammonia in the context of the orbital model by Kruijssen et al. that interprets the observed distribution as a stream of molecular clouds following an open eccentric orbit. This allows us to statistically investigate the time dependencies of gas temperature, column density, and line width. We find heating rates between ∼50 and ∼100 K Myr −1 along the stream orbit. No strong signs of time dependence are found for column density or line width. These quantities are likely dominated by cloud-to-cloud variations. Our results qualitatively match the predictions of the current model of tidal triggering of cloud collapse, orbital kinematics, and the observation of an evolutionary sequence of increasing star formation activity with orbital phase.

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.

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.

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.

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 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 have discovered a new H2CO (formaldehyde) 11,0−11,1 4.82966 GHz maser in Galactic center Cloud C, G0.38+0.04. At the time of acceptance, this is the eighth region to contain an H2CO maser detected in the Galaxy. Cloud C is one of only two sites of confirmed high-mass star formation along the Galactic center ridge, affirming that H2CO masers are exclusively associated with high-mass star formation. This discovery led us to search for other masers, among which we found new SiO vibrationally excited masers, making this the fourth star-forming region in the Galaxy to exhibit SiO maser emission. Cloud C is also a known source of CH3OH Class-II and OH maser emission. There are now two known regions that contain both SiO and H2CO masers in the CMZ, compared to two SiO and six H2CO in the Galactic disk, while there is a relative dearth of H2O and CH3OH Class-II masers in the CMZ. SiO and H2CO masers may be preferentially excited in the CMZ, perhaps because of higher gas-phase abundances from grain destruction and heating, or alternatively H2O and CH3OH maser formation may be suppressed in the CMZ. In any case, Cloud C is a new testing ground for understanding maser excitation conditions.