【人民日报】中外研究团队揭示宇宙“巨无霸气泡”能量来源----中国科学院

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  • 来源:中国科学院系统生物学重点实验室

宇宙中神秘的“巨无霸气泡”莱曼—阿尔法团块,是百亿光年外的一种庞大气体云。多年来,天文学家致力于解开其起源之谜。由中外14家单元的学者配合到场的国际研究,展现了“巨无霸气泡”从何而来,对相识包罗银河系在内的众多星系如何形成具有重要意义。

宇宙降生于137亿年前的大爆炸。天文学的迷人之处在于,让我们有时机乘坐“时光机”,往返望137亿年前的早期宇宙,遥望古老星系最初的容貌。

日前,国际期刊《自然·天文学》揭晓了由中国科学院紫金山天文台、美国犹他大学等14家单元组成的国际互助团队一项最新研究结果,展现了来自百亿光年外莱曼—阿尔法团块的能量泉源,或许有助于解开星系形成和演化之谜。

观察发现巨型云团,找到其能量泉源

“巨无霸气泡”的发现,要从茫茫宇宙中充盈着的氢元素说起。

如果有时机“钻”进氢原子里,会看到许多电子在差别能级的轨道上绕核运动。电子从更高能级的外层轨道重回最内层时,会发出特定波长的紫外光子,科学家称其为莱曼—阿尔法辐射。

一般来说,地面望远镜观察不到这种辐射。但从早期宇宙中发出的莱曼—阿尔法辐射,借助宇宙大爆炸的膨胀历程,波长拉伸,变身为七彩的可见光,可以被地面望远镜捕捉到辉光。

20年前,天文学家在搜索早期星系时,偶然发现了一类巨型氢气体云团,能够发出醒目的莱曼—阿尔法辐射,光线相当于几十亿个太阳,因此得名莱曼—阿尔法团块。云团绵延数十万光年,物理尺度是银河系的几倍巨细,像漂浮在宇宙中的巨型肥皂泡,又被称为“巨无霸气泡”。

正如汽车运行需要发念头,如此巨型云团自然也需要强有力的能量泉源才气发出辐射。那么,“点亮”庞大云团所需要的能量,究竟从那里来?

理论模拟给出了可能的泉源:星系中的恒星形成、星系中心的黑洞、来自星系外部的冷气流……但这一切都需要观察证据来支撑。

国际互助团队最新研究结果,提供证据讲明“巨无霸气泡”的主要能源,来自其中心发生恒星的星系。团队还在“巨无霸气泡”中首次观察到,有一股气体物质,因为引力作用被拉向“气泡”中心。“观察证据讲明,这股向中心下落的气体,也是‘巨无霸气泡’的能源之一。”互助项目组提倡人、中国科学院紫金山天文台研究员敖宜平说。

科学家进一步分析,两个供能泉源之间,是否存在着某种关联?

研究互助者、美国犹他大学物理和天文系副教授郑政认为,观察到的下落气体来自团块的中心星系外部。通过推断,这股下落气体是“气泡”中心发生新一代恒星的组成物质之一。也就是说,两个能量泉源间存在部门交集。

国际互助富有成效,期待解开更多谜团

互助团队盯上这个“巨无霸气泡”,源于一次意外收获。

10年前,敖宜平和团队里的法国科学家在一个选定天区中,开展宇宙早期星系的观察研究,碰巧包罗了4个超大尺度的莱曼—阿尔法团块。

然而,后续研究并没有马上开展,主要受制于观察仪器的精度、观察数据的缺乏。

转机发生在2016年。科学家使用位于智利团结阿尔玛天文台的阿卡塔玛大型毫米波及次毫米波干预干与阵列,获取了“气泡”中心星系中分子气体的信息。同处智利的欧洲南方天文台,建设了8.2米口径的甚大望远镜,提供了莱曼—阿尔法辐射的谱线轮廓。

科技的生长带来机缘,但“巨无霸气泡”的谜团,还未彻底解开。

一方面,“巨无霸气泡”的能量泉源另有其他可能,好比超大质量黑洞也能发生莱曼—阿尔法辐射。不外,这种黑洞的存在另有待确定。另一方面,现在在“气泡”中观察到气体下落的案例还很少,需要通过构建更庞大、更靠近实际的模子来细致分析。

多年来,这一前沿领域开展着富有成效的国际互助。“我们只是发现了冰山一角,另有许多谜团等候探索。”敖宜平说。

遥远的气体云,蕴藏星系演化信息

光的流传需要时间。太阳光以每秒30万公里的速度“跑”过近1.5亿公里,传到地球需要8分20秒,所以我们现在看到的是8分20秒之前的太阳。

“从百亿光年之外传回的云团辉光,使我们有幸对正在形成的原始星系团惊鸿一瞥。现在的天文观察和理论模子都讲明,宇宙中存在着毗连星系之间的大尺度纤维状结构,这些结构里的气体可能会落向星系并进一步冷却,为发展中的幼年星系提供‘营养与能量’,或者成为孕育新一代星系的‘骨骼和肌肉’。”敖宜平说。

这也正是本项研究的最大价值:这股向中心下落的气体,蕴含着星系生长演化的要害信息,如果后续研究能够证实它们普遍存在,将对相识包罗银河系在内的众多星系如何形成起到重要作用。

137亿年前,广袤宇宙中极其微小的密度起伏,还无法形成恒星和星系,宇宙处于“黑暗时代”。直到数亿年后,第一批恒星和星系开始泛起,群星今后闪耀,宇宙迎来了“黎明时分”。

相比之下,太阳系的年事仅50亿岁、地球才46亿岁,实在太过年轻。要解开星系的形成和演化之谜,我们还要将眼光投向更为遥远的宇宙深空。

“天文学的研究规模广泛,每个团队的研究都是细小分支。如同众多无边的茫茫宇宙,人类的相识也只是九牛一毛。对无垠宇宙的好奇、对人类家园的求索,是对我们从那里来、到那里去这一终极命题的不停追问,也是一代代科学家仰望星空的原因。”敖宜平说。

(原载于《人民日报》 2020-05-15 12版)


宇宙中神秘的“巨无霸气泡”莱曼—阿尔法团块,是百亿光年外的一种庞大气体云。多年来,天文学家致力于解开其起源之谜。由中外14家单元的学者配合到场的国际研究,展现了“巨无霸气泡”从何而来,对相识包罗银河系在内的众多星系如何形成具有重要意义。
宇宙降生于137亿年前的大爆炸。天文学的迷人之处在于,让我们有时机乘坐“时光机”,往返望137亿年前的早期宇宙,遥望古老星系最初的容貌。
日前,国际期刊《自然·天文学》揭晓了由中国科学院紫金山天文台、美国犹他大学等14家单元组成的国际互助团队一项最新研究结果,展现了来自百亿光年外莱曼—阿尔法团块的能量泉源,或许有助于解开星系形成和演化之谜。
观察发现巨型云团,找到其能量泉源
“巨无霸气泡”的发现,要从茫茫宇宙中充盈着的氢元素说起。
如果有时机“钻”进氢原子里,会看到许多电子在差别能级的轨道上绕核运动。电子从更高能级的外层轨道重回最内层时,会发出特定波长的紫外光子,科学家称其为莱曼—阿尔法辐射。
一般来说,地面望远镜观察不到这种辐射。但从早期宇宙中发出的莱曼—阿尔法辐射,借助宇宙大爆炸的膨胀历程,波长拉伸,变身为七彩的可见光,可以被地面望远镜捕捉到辉光。
20年前,天文学家在搜索早期星系时,偶然发现了一类巨型氢气体云团,能够发出醒目的莱曼—阿尔法辐射,光线相当于几十亿个太阳,因此得名莱曼—阿尔法团块。云团绵延数十万光年,物理尺度是银河系的几倍巨细,像漂浮在宇宙中的巨型肥皂泡,又被称为“巨无霸气泡”。
正如汽车运行需要发念头,如此巨型云团自然也需要强有力的能量泉源才气发出辐射。那么,“点亮”庞大云团所需要的能量,究竟从那里来?
理论模拟给出了可能的泉源:星系中的恒星形成、星系中心的黑洞、来自星系外部的冷气流……但这一切都需要观察证据来支撑。
国际互助团队最新研究结果,提供证据讲明“巨无霸气泡”的主要能源,来自其中心发生恒星的星系。团队还在“巨无霸气泡”中首次观察到,有一股气体物质,因为引力作用被拉向“气泡”中心。“观察证据讲明,这股向中心下落的气体,也是‘巨无霸气泡’的能源之一。”互助项目组提倡人、中国科学院紫金山天文台研究员敖宜平说。
科学家进一步分析,两个供能泉源之间,是否存在着某种关联?
研究互助者、美国犹他大学物理和天文系副教授郑政认为,观察到的下落气体来自团块的中心星系外部。通过推断,这股下落气体是“气泡”中心发生新一代恒星的组成物质之一。也就是说,两个能量泉源间存在部门交集。
国际互助富有成效,期待解开更多谜团
互助团队盯上这个“巨无霸气泡”,源于一次意外收获。
10年前,敖宜平和团队里的法国科学家在一个选定天区中,开展宇宙早期星系的观察研究,碰巧包罗了4个超大尺度的莱曼—阿尔法团块。
然而,后续研究并没有马上开展,主要受制于观察仪器的精度、观察数据的缺乏。
转机发生在2016年。科学家使用位于智利团结阿尔玛天文台的阿卡塔玛大型毫米波及次毫米波干预干与阵列,获取了“气泡”中心星系中分子气体的信息。同处智利的欧洲南方天文台,建设了8.2米口径的甚大望远镜,提供了莱曼—阿尔法辐射的谱线轮廓。
科技的生长带来机缘,但“巨无霸气泡”的谜团,还未彻底解开。
一方面,“巨无霸气泡”的能量泉源另有其他可能,好比超大质量黑洞也能发生莱曼—阿尔法辐射。不外,这种黑洞的存在另有待确定。另一方面,现在在“气泡”中观察到气体下落的案例还很少,需要通过构建更庞大、更靠近实际的模子来细致分析。
多年来,这一前沿领域开展着富有成效的国际互助。“我们只是发现了冰山一角,另有许多谜团等候探索。”敖宜平说。
遥远的气体云,蕴藏星系演化信息
光的流传需要时间。太阳光以每秒30万公里的速度“跑”过近1.5亿公里,传到地球需要8分20秒,所以我们现在看到的是8分20秒之前的太阳。
“从百亿光年之外传回的云团辉光,使我们有幸对正在形成的原始星系团惊鸿一瞥。现在的天文观察和理论模子都讲明,宇宙中存在着毗连星系之间的大尺度纤维状结构,这些结构里的气体可能会落向星系并进一步冷却,为发展中的幼年星系提供‘营养与能量’,或者成为孕育新一代星系的‘骨骼和肌肉’。”敖宜平说。
这也正是本项研究的最大价值:这股向中心下落的气体,蕴含着星系生长演化的要害信息,如果后续研究能够证实它们普遍存在,将对相识包罗银河系在内的众多星系如何形成起到重要作用。
137亿年前,广袤宇宙中极其微小的密度起伏,还无法形成恒星和星系,宇宙处于“黑暗时代”。直到数亿年后,第一批恒星和星系开始泛起,群星今后闪耀,宇宙迎来了“黎明时分”。
相比之下,太阳系的年事仅50亿岁、地球才46亿岁,实在太过年轻。要解开星系的形成和演化之谜,我们还要将眼光投向更为遥远的宇宙深空。
“天文学的研究规模广泛,每个团队的研究都是细小分支。如同众多无边的茫茫宇宙,人类的相识也只是九牛一毛。对无垠宇宙的好奇、对人类家园的求索,是对我们从那里来、到那里去这一终极命题的不停追问,也是一代代科学家仰望星空的原因。”敖宜平说。
(原载于《人民日报》 2020-05-15 12版)

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