清華大學團隊首次探測到星系形成演化“內(nèi)驅(qū)力”

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        日期:2023-05-05 13:41:39    來源:科技日報    


        (資料圖片)

        科技日報記者 華凌

        日前,清華大學天文系團隊通過全波段數(shù)據(jù),直接探測到早期宇宙中星系周圍氣體進入星系的詳細過程,證實重元素豐度較高的“循環(huán)內(nèi)流”是驅(qū)動星系恒星形成的關鍵,為理解星系“生態(tài)系統(tǒng)”及星系演化邁出重要一步。相關研究成果5月5日以長文形式在線發(fā)表于《科學》期刊。

        氣體進入星系細節(jié),揭開大質(zhì)量星系恒星形成之謎。

        星系吸積星系外氣體形成恒星的詳細過程,一直是天體物理學研究的熱點。近期公布的美國未來十年天體物理規(guī)劃中,特別將“宇宙生態(tài)系統(tǒng)”作為需要解決的重要問題之一,其中一個關鍵是大質(zhì)量星系形成演化的機制問題。理論認為,對于大質(zhì)量星系而言,由于其本身巨大的引力勢能,導致物質(zhì)在塌縮過程中被激波加熱,使流入星系的氣體具有很高的溫度,無法有效冷卻,從而不能順利聚在一起、形成恒星。然而,這一理論與新的觀測相悖,因為在非常早期的宇宙中,已發(fā)現(xiàn)有的大質(zhì)量星系內(nèi)部也正在劇烈地形成恒星。這也就意味著,人們還沒有充分理解氣體流入星系的詳細過程,流入的氣體又是如何驅(qū)動恒星形成過程也未被揭示。

        氣體的內(nèi)流與循環(huán)內(nèi)流和星系形成緊密相關。

        為了揭開這一謎題,來自清華大學的蔡崢教授團隊,利用世界上最大的光學望遠鏡——“凱克”對距今110億年的一個巨大的氣體星云進行觀測,并利用先進的成像光譜儀——“宇宙網(wǎng)成像器”,成功探測到星系周圍氣體的氫元素以及多種重元素輻射,并進一步估計出重元素的大尺度空間分布。這也意味著在宇宙早期,星系周圍氣體已經(jīng)富含重元素。通過進一步的光譜和數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn),這些富含重元素的電離氣體,極為可能是早先被星系中心的活動星系核噴射到星系周圍,通過復合輻射、禁戒躍遷輻射等過程冷卻下來,在引力和環(huán)境角動量共同作用下,重新回流入星系,形成“循環(huán)冷氣體流”。對觀測到的氣體動力學建模進一步表明,循環(huán)氣體流是朝星系流入的,可以促進和維持恒星形成活動。

        本次發(fā)現(xiàn)對星系如何與大尺度環(huán)境進行物質(zhì)交換提供清晰的圖景,表明“循環(huán)氣體流”是驅(qū)動早期宇宙大質(zhì)量星系形成的重要機制。該發(fā)現(xiàn)為理解星系生態(tài)系統(tǒng)、星系形成和演化邁出關鍵的一步。未來,結合更大口徑、更大視場的光譜巡天望遠鏡(例如清華大學正在籌備的MUST巡天望遠鏡),將使人類有望揭示星系中恒星形成的全貌。

        清華大學蔡崢教授為項目牽頭人、文章通訊作者、共同第一作者;博士生張世武為論文的第一作者,清華大學許丹丹教授等提供了重要的理論支持。合作單位包括日本早稻田大學、德國馬克斯-普朗克研究所、加州大學、浙江大學、普林斯頓大學、猶他大學、廣州大學、北京大學、廈門大學、深圳技術大學、亞利桑那大學、中國科學院國家天文臺、上海天文臺、青海大學等。

        (清華大學天文系供圖)

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