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“中国天眼”探测到星系外200万光年的稀薄气体

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SCI发表中的作者贡献度评估与署名规则

宇宙中所有天体的起源,都离不开原子气体。 最近,我的科学家利用“中国天眼”发现了约200万光年尺度的原子气体结构,是目前宇宙中探测到的最大的原子气体结构。 “中国天眼”也成为唯一能检测到这种稀薄气体的望远镜。

利用“中国天眼”,由中国科学院国家天文台研究员徐聪率领的国际团队发现了尺度约为200万光年的巨大原子气体结构。 位于著名致密银河群“斯蒂芬五重银河”中,比银河系大20倍,是迄今为止宇宙中探测到的最大的原子气体结构。 10月19日,这一成果在国际学术杂志《自然》杂志上发表。

“中国天眼”探测到星系外200万光年的稀薄气体

宇宙的起源离不开原子气体

天体物理中非常重要的研究之一是观测宇宙的气体。 宇宙中所有天体的起源,都离不开原子气体。 例如,银河的主要演化过程是不断从宇宙空间吸收原子气体,将其转化为恒星。

团队成员之一、中国科学院国家天文台研究员程诚介绍说:“我们看到的所有天体,比如恒星,其来源最终都会归结为中性原子氢气。”

另外,研究气体本身也非常重要。 对此,程诚进一步表示:“例如,当一颗恒星形成时,它不是来自原子氢,而是来自分子氢。 那么,原子氢如何变成分子氢呢? 为什么分子氢的密度越来越高? 而且,这些原子氢等缬氨酸物质是如何聚集在银河的中心区域,形成恒星成为银河的呢? 这些问题对研究天体演化的不同阶段非常重要。 ”

电波天文学家可以直接观测宇宙的原子气体。 “中国天眼”是目前世界上口径最大、灵敏度最高的单口径射电望远镜,具有超高灵敏度,能够检测到远离银河中心的极稀薄弥散原子气体发出的暗弱辐射。

经过研究分析,科研团队最终选择了著名致密银河群“斯蒂芬五重银河”进行观测。 自1877年被法国天文学家斯蒂芬发现以来,“斯蒂芬五重星系”一直是天文学领域最引人注目的星系群,并成为网络空间望远镜首次观测并首次向公众展示的五大目标之一。

程诚这样说道。 “迄今为止,其他国家的望远镜多次观测到了这个银河群区域,但由于这些望远镜的灵敏度不够高,观测结果并不理想。 期待着能够突破迄今为止的观测极限。 ”

“中国天眼”是唯一能检测到这种稀薄气体的望远镜

宇宙中银河相互作用及其中间气体的产生源是天文学中的重要问题,“中国天眼”是研究这一问题的“利器”。徐聪率领的以中国科学院南美天文研究中心为中心的国际团队,拥有国内外一流的红外和射电天文学专家,他们拥有丰富的多波段研究经验。 在“中国天眼”向国际天文界开放申请的第一季度,该团队提交了观测申请,通过审查获得了观测时间。

徐聪说:“我们的科学目标是将‘中国天眼’发挥到极限,检测宇宙中最稀薄的气体,研究银河中的气体距离宇宙的哪里最远。”

在天文观测中,出现噪音是不可避免的。 为了实现观测目标,“中国天眼”调度员不断改进,提高“中国天眼”灵敏度,抑制噪声,终于在2021年10月将灵敏度调整到极限,成功观测到了“斯蒂芬五重星系”周围极薄的气体。

程诚说:“前后的观测大约只需要一个月。 望远镜的总曝光时间为22小时。 这个时间很快,可以说超过了我们的期待。 ”

在这次观测中,“中国天眼”的接收机也特别出色。

“接收机就像收音机的调音台,中性氢的辐射正好在1.39GHz附近,需要在这个频带附近寻找信号。 有些望远镜接收机的频段很窄,但“中国天眼”接收机接收信号的频率范围越宽,效率就越高。 ”

令科研团队惊讶的是,这些气体延伸到了银河之外200万光年的地方,是宇宙中天文观测到的最大的原子气体结构,“中国天眼”也成为唯一能检测到这种稀薄气体的望远镜。

挑战研究银河及其气体在宇宙中的演化

“中国天眼”的这一最新发现表明,在远离银河系中心的边缘空间,存在着大尺度的低密度原子气体结构。

徐聪说:“这些原子气体结构的形成很可能与‘斯蒂芬五重星系’早期形成时的星系间相互作用历史有关,可能已经存在了约10亿年。”

记者程诚介绍,此前也观测到过这种中性原子氢的弥散系统,但都是银河附近有中性原子氢结构系统,形似尾巴。 “本来,我想利用中性原子氢的色散分布,了解星系团的聚变历史。 我们原以为可能有一些中性氢飞到了银河的边缘,但当我们看到银河外围有这么大的原子气体结构时,我们推测某个银河的中性原子氢可能已经完全被剥离了。 ”程诚说。

徐聪说,此次成果预示着宇宙中可能存在更多如此大尺度的低密度原子气体结构。 “这个发现对研究银河及其气体在宇宙中的演化提出了挑战。 因为现有的理论很难解释为什么这么长时间以来这些稀薄的原子气体没有在宇宙空间的紫外背景辐射中电离。 ”“中国天眼”的运行,为研究宇宙天体起源打开了新窗口。 今后,利用此次观测结果,可以探索更多的紫外背景辐射电离。

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