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科學家首次發現化石星系中的一氧化碳氣體

【摘要】:
12月9日,《自然-通訊》報道了中國科學院紫金山天文臺研究員高煜與南京大學教授施勇團隊合作在“化石”星系中首次發現了一氧化碳氣體,這提供了表明化石星系中存在分子氣體的直接證據?! °y河系中的恒星包括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(20K),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

  12月9日,《自然-通訊》報道了中國科學院紫金山天文臺研究員高煜與南京大學教授施勇團隊合作在“化石”星系中首次發現了一氧化碳氣體,這提供了表明化石星系中存在分子氣體的直接證據。

  銀河系中的恒星包括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其實形成于原子氣體?這問題直接關系到早期宇宙恒星的形成,然而卻是十幾年來懸而未決的科學疑難。

 

  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。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,CARMA和ALMA)來搜尋化石星系中的一氧化碳發射但都沒有成功。施勇團隊與高煜等從2014年開始一氧化碳氣體的搜尋工作,鋁合金門窗于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,研究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。

 

  據了解,該論文的作者包括南京大學教授施勇(第一和通訊作者)、中科院上海天文臺研究員王均智,英國愛丁堡大學博士張智昱、中科院紫金山天文臺研究員高煜、天津師范大學教授郝彩娜和夏曉陽,以及南京大學教授顧秋生。該工作得到國家自然科學基金、科技部、江蘇省科學基金以及中科院的支持。

 

  圖為所觀測的化石星系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)。本次觀測將近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(光譜見下圖右下角)。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冷分子氣體,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。

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