我科學家發現目前宇宙中最大的原子氣體(ti) 結構

　　“中國天眼”，看見更遠星河(科技自立自強)

　　記者 吳月輝

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　　宇宙中所有天體(ti) 的起源，都離不開原子氣體(ti) 。近日，我科學家利用“中國天眼”發現了一個(ge) 尺度約為(wei) 200萬(wan) 光年的原子氣體(ti) 結構，是目前宇宙中探測到的最大的原子氣體(ti) 結構。“中國天眼”也成為(wei) 唯一一個(ge) 能探測到如此稀薄氣體(ti) 的望遠鏡。

　　利用“中國天眼”，由中國科學院國家天文台研究員徐聰領導的國際團隊發現了一個(ge) 尺度約為(wei) 200萬(wan) 光年的巨大原子氣體(ti) 結構，位於(yu) 著名致密星係群“斯蒂芬五重星係”，比銀河係大20倍，是迄今為(wei) 止在宇宙中探測到的最大的原子氣體(ti) 結構。10月19日，該成果在國際學術期刊《自然》雜誌發表。

　　宇宙天體(ti) 的起源離不開原子氣體(ti)

　　天體(ti) 物理中非常重要的一項研究，就是觀測宇宙中的氣體(ti) 。宇宙中所有天體(ti) 的起源，都離不開原子氣體(ti) 。例如，星係主要的演化過程就是不斷從(cong) 宇宙空間吸收原子氣體(ti) ，然後將其轉化為(wei) 恒星。

　　團隊成員之一、中科院國家天文台研究員程誠介紹：“我們(men) 看到的所有的天體(ti) ，比如恒星，它們(men) 的源頭最終都會(hui) 歸結到中性原子氫氣體(ti) 。”

　　此外，研究氣體(ti) 本身也非常重要。對此，程誠進一步解釋：“比如，有的恒星形成時，它不是來自原子氫，而是來自分子氫。那麽(me) ，原子氫是怎麽(me) 變成分子氫的？分子氫的密度為(wei) 何會(hui) 越來越高？還有，這些原子氫等重子物質是如何匯聚到星係的中心區域，然後漸漸形成恒星變成星係的？這些問題對於(yu) 研究天體(ti) 演化的各種階段都非常關(guan) 鍵。”

　　通過射電天文波段，天文學家能夠對宇宙中的原子氣體(ti) 進行直接觀測。“中國天眼”是當今世界口徑最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡，其所擁有的超高靈敏度，能夠探測到遠離星係中心的極其稀薄的彌散原子氣體(ti) 所發出的暗弱輻射。

　　經過研究分析，科研團隊最終選中了著名致密星係群“斯蒂芬五重星係”進行觀測。自1877年被法國天文學家斯蒂芬發現後，“斯蒂芬五重星係”便是天文學領域最受關(guan) 注的星係群，也成為(wei) 韋布空間望遠鏡第一批觀測並首次向公眾(zhong) 展示的5個(ge) 目標之一。

　　程誠說：“此前，也有其他國家的望遠鏡對這個(ge) 星係群區域觀測過多次，但那些望遠鏡的靈敏度都不夠高，所以觀測結果都不理想。我們(men) 期望能夠突破以往的觀測極限。”

　　“中國天眼”是唯一能探測到如此稀薄氣體(ti) 的望遠鏡

　　宇宙中星係相互作用以及它們(men) 中間氣體(ti) 的來源一直是天文學中的重要問題，“中國天眼”是研究這個(ge) 問題的“利器”。

　　由徐聰領導的、以中科院南美天文研究中心為(wei) 主的國際團隊包括了國內(nei) 外一流的紅外和射電天文專(zhuan) 家，他們(men) 都有豐(feng) 富的多波段研究經驗。在“中國天眼”對國際天文界開放申請的第一季，該團隊便提交了觀測申請，並通過評審得到了觀測時間。

　　徐聰說：“我們(men) 的科學目標是將‘中國天眼’發揮到極致，探測到宇宙中最稀薄的氣體(ti) ，研究星係中的氣體(ti) 最遠來自宇宙中何處。”

　　在天文觀測中，出現噪聲在所難免。為(wei) 了能夠達到觀測目標，“中國天眼”的調試人員不斷改進、提高“中國天眼”的靈敏度並壓製噪聲，終於(yu) 在2021年10月將其靈敏度調試到極限，成功觀測到“斯蒂芬五重星係”周圍極稀薄的氣體(ti) 。

　　程誠說：“前後觀測大概隻用了一個(ge) 月的時間，望遠鏡的總曝光時間是22小時。這個(ge) 時間可以說是特別快，超出了我們(men) 的預期。”

　　在這次觀測中，“中國天眼”的接收機表現也特別出色。

　　“接收機接收信號時就有點像收音機調台，我們(men) 要的中性氫的輻射就恰好在1.39GHz附近，我們(men) 就需要在這個(ge) 頻段附近找信號。有些望遠鏡接收機的頻段範圍窄，但‘中國天眼’接收機接收信號的頻率覆蓋範圍很寬，效率就很高。”

　　讓科研團隊吃驚的是，這些氣體(ti) 延展到了星係外200萬(wan) 光年的地方，是有史以來天文觀測到的宇宙中最大的原子氣體(ti) 結構，“中國天眼”也成為(wei) 唯一一個(ge) 能探測到如此稀薄氣體(ti) 的望遠鏡。

　　對研究星係及其氣體(ti) 在宇宙中的演化提出挑戰

　　“中國天眼”的這項最新發現，揭示了在遠離該星係群中心的外圍空間，存在大尺度的低密度原子氣體(ti) 結構。

　　徐聰說：“這些原子氣體(ti) 結構的形成很可能與(yu) ‘斯蒂芬五重星係’早期形成時星係間相互作用的曆史有關(guan) ，可能已經存在了大約10億(yi) 年。”

　　程誠告訴記者，此前也有觀測到過這類中性原子氫的彌散係統，但都是一個(ge) 星係附近有一個(ge) 中性原子氫結構係統，形狀像尾巴一樣。“我們(men) 原本的預期是希望利用中性原子氫的彌散分布情況來理解星係群並合的曆史。我們(men) 曾設想，也許有些中性氫是被甩出來到星係邊緣，但當我們(men) 看到在星係外圍有一個(ge) 這麽(me) 大的原子氣體(ti) 結構時，我們(men) 便猜測，也許有一個(ge) 星係的中性原子氫被徹底剝離出來了。”程誠說。

　　徐聰介紹，本次成果預示著宇宙中可能存在更多這樣大尺度的低密度原子氣體(ti) 結構，“這項發現對研究星係及其氣體(ti) 在宇宙中的演化提出了挑戰，因為(wei) 現有理論很難解釋為(wei) 什麽(me) 在如此漫長的時間裏，這些稀薄的原子氣體(ti) 仍沒有被宇宙空間中的紫外背景輻射電離。”

　　“中國天眼”的運行，為(wei) 研究宇宙中天體(ti) 的起源打開了一個(ge) 嶄新窗口，後續可以利用本次觀測結果，對紫外背景輻射電離進行更多探索。（人民日報）