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研究人員首次探測到化石星系中的一氧化碳氣體
2016-12-14 | 編輯: | 【】【打印】【關閉

  “化石”星系誕生于宇宙極早期,隨后極少演化,對這些星系的研究將幫助理解宇宙第一代恒星和星系的形成。2016129日《自然?通訊》報道了南京大學施勇教授團隊在“化石”星系中首次發現了一氧化碳氣體,這提供了直接證據表明化石星系中存在分子氣體,上海天文臺王均智研究員為本文第二作者。文章鏈接http://www.nature.com/articles/ncomms13789 

  銀河系中的恒星包括我們的太陽是由分子氣體云在引力作用下向內塌縮形成。不同于電離氣體以及原子氣體,分子氣體可以冷卻到非常低的溫度(20 K),隨著溫度的降低氣體逐漸收縮、內部壓強小于氣體本身的萬有引力,最終形成高密度的氣體球恒星。天文觀測指出“化石”星系中當前也有新恒星正在形成。這些恒星是否也形成于分子氣體,還是如某些理論模型認為的化石星系中的恒星也可形成于原子氣體?這是十幾年來懸而未解的科學問題。 

  尋找分子氣體存在的證據需要探測一氧化碳氣體。盡管分子氣體的主要成分是氫分子和氦原子,冷氫分子和氦原子沒有電磁輻射可供天文觀測,一氧化碳氣體是繼氫分子和氦原子之后豐度排名第三的分子氣體,其分子譜線發射主要在毫米波段,是探測分子氣體的重要工具。過去十幾年來國際上好幾個團組已經使用不同望遠鏡(IRAM 30米,PdBI,CARMAALMA)來搜尋化石星系中的一氧化碳發射,但都沒有成功。施勇教授和王均智研究員等從2014年開始一氧化碳氣體的搜尋工作,于2015年在美國天體物理學報發表了首次搜尋工作,盡管靈敏度比之前提高好幾倍,但也沒成功。今年3月,團隊申請獲得位于西班牙的IRAM 30米毫米波望遠鏡60個小時的觀測時間,成功在一個化石星系中探測到一氧化碳氣體。 

  上圖是所觀測的化石星系DDO70,其金屬豐度只有太陽金屬豐度的7%,滿足傳統定義化石星系的標準(小于10%太陽金屬豐度)。施勇教授和王均智研究員在IRAM 30m觀測了近10天,受益于寒冷天氣,觀測條件非常好,最終探測到一氧化碳分子轉動能級2-1的輻射(光譜見上圖右下角)。這是國際上首次在化石星系中探測到一氧化碳氣體,提供了直接證據表明化石星系存在分子氣體,支持化石星系中的恒星也形成于分子氣體,而不是一些理論模型認為的形成于原子氣體。 

  本論文的作者包括南京大學施勇教授(第一和通訊作者),中國科學院上海天文臺王均智研究員,英國愛丁堡大學張智昱博士,中國科學院紫金山天文臺高煜研究員,天津師范大學的郝彩娜和夏曉陽教授,以及南京大學顧秋生教授。本工作致謝國家自然科學基金,科技部,江蘇省科學基金以及中科院的支持。 

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