b体育清华大学首次对星系循环内流进行详细成像—新闻—科学网
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发表时间:
2024-07-09
夜空中，最惹人瞩目的即是绵亘天涯的星河。咱们的地球和太阳系也是重大星河系中的“九牛一毛”。然而，对于在如星河系如许的年夜品质星系怎样造成与演化，此中的年夜品质星体又是怎样降生？今朝的科学界并无作出很好的注释。
日前，清华年夜学天文系团队经由过程全波段数据，间接探测到初期宇宙中星系周围气体进入星系的具体历程，证明了重元素品貌较高的“轮回内流”是驱动星系恒星造成的要害，这迈出了理解星系“生态体系”及星系演化的主要一步。
5月5日，相干研究结果以长文情势于线揭晓在《科学》。
传统理论与不雅察相悖
一提到星系，人们起首想到每每的是一个于宇宙真空中不断扭转的“年夜圆盘”，但跟着最近几年来科学界对于星系认知的突飞大进，人们发明许多星系是生长于一个“气体情况”中的——星系周围存于着重大的暗物资晕，此中富含各类各样的气体。星系不断地从周围得到气体，并造成流向星系的“内流”。同时，星系中央的巨型黑洞又将巨量的引力势能转化为光能，将星系内部的气体推到年夜标准空间，从而造成一个“宇宙生态体系”（cosmic ecosystem）。
2021年美国宣布的将来十年天体物理计划中，“宇宙生态体系”被列为了需要解决的主要问题之一。这此中的一个要害问题即是注释年夜品质星系造成演化的机制。
“传统理论以为，年夜品质星系因为具备伟大的引力势能，致使物资于塌缩历程中被激波加热，使流入星系的气体孕育发生很高的温度，并没有法有用冷却，从而不克不及顺遂聚于一路造成恒星。”受访时，清华年夜学天文系传授蔡峥暗示。
然而，这一理论与最新的不雅测是相悖的，由于人们已经经于很是初期的宇宙中发明有的年夜品质星系内部正于剧烈地造成恒星。“这象征着人们尚未充实理解气体流入星系的具体历程，流入的气体驱动恒星造成的历程也没有被展现。”蔡峥说。
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气体进入星系细节 清华年夜学供图
失头“返回“的气流
蔡峥团队对于在相干问题的探究已经经连续多年。这一历程中，他们在2017年发明了一颗110亿光年外的星系，该星系的标准虽有余十万光年，但蔡峥团队却于星系周围150万光年规模内探测到了年夜量气体。
“这些气体的密b����度很年夜，甚至在可以发出必然亮度的光，这就给咱们的不雅测提供了很年夜便当。”蔡峥团队哄骗进步前辈的成像光谱仪，乐成探测到了该星系周围气体的氢元素和多种重元素辐射，并进一步预计出重元素的年夜标准空间漫衍。
然而，按照这一成果造成的图象却令团队成员感应很困惑——他们发明，于至少100千秒差距（天文学器量单元,1千个秒差距约为3260光年）的规模内，该区域的重元素漫衍品貌与太阳周边的重元素漫衍品貌大要相称。
“打个比喻，假如将太阳系周边比作一座富贵都市的话，咱们探测的区域就是西部荒芜的无人区。但探测成果显示，这两个地域的市肆（重元素）漫衍密度是差未几了，这显然使人很难理解。”蔡峥说。
面临如许一张重元素漫衍图，研究团队起首将可能的成因注释为星系内部重元素的年夜量喷发，但这类注释其实不能与现实不雅测到的星系物资的动力学征象相吻合。对于此，团队成员颠末了年夜量思索以及求证，于此历程中，清华年夜学天文系传授许丹丹的一番话给了蔡峥很年夜的开导。
“假如假定星系内布富含重元素的气体被推离星系后其实不是始终往外，而是失头，以必然的角动量向里流，应该能注释你们看到的动力学征象。”许丹丹说。
经由过程进一步的光谱以及数值模仿阐发，研究团队发明，这些富含重元素的电离气体很可能是新近被星系中央的勾当星系核喷射到星系周围，经由过程复合辐射、禁戒跃迁辐射等历程冷却下来，于引力以及情况角动量配合作用下，从头回流入星系，造成“轮回寒气体流”。这一模式与团队现实不雅测到的动力学征象完善契合。
初次清楚出现的图景
经由过程对于不雅测到的气体动力学举行建模，一副宏伟的宇宙图景出现于团队成员眼前——星系经由过程光压，不停将气体推向周围的暗物资晕。与此同时，三条如星河系悬臂同样，但比星河系悬臂年夜患上多、漫衍于暗物资晕中的巨型“悬臂”布局以必然的角度以及角动量通向星系内部，年夜量的气体由此流向星系，从而造成一个跨度达两百万光年的伟大轮回。
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气体的内流与轮回内流以及星系造成慎密相干 清华年夜学供图
“这一发明为星系怎样与年夜标准情况举行物资互换提供了清楚的图景，注解‘轮回气体流’（recycling inflow）是驱动初期宇宙年夜品质星系造成的主要机制。”蔡峥说，该发明也进一步注释了初期星系中年夜品质星体的造成缘故原由。
他注释说，恰是因为从星系中被推出又返回星系的气体中含有年夜量重元素物资，这些物资相较在轻元素更易冷却，是以才年夜年夜晋升了星系内部的恒星造成效率。
星系中央黑洞把被重元素增丰的气体推向暗物资晕，后者如像土壤同样，又把那些“施肥”的气体反馈给星系，“滋养”出一颗颗新的恒星。“这是一幅于宇宙标准上上演的‘落红不是有情物，化作春泥更护花’。”蔡峥说，这一历程之前只呈现于宇宙学的数字模仿中，但并无惹起人们的留意。这次是他们初次经由过程不雅测把该图景清楚地揭示出来。
蔡峥暗示，这次研究结果只是针对于一个年夜品质星系。此后，他们可以针对于更多差别品质、差别情况的年夜品质星系举行成像，并具体理解星系怎样演化至今。同时，今朝人们对于星系的研究与宇宙学研究是彼此接洽的，此项研究对于在人们深切研究诸如“暗物资”“暗能量”等宇宙学难题也会起到必然的作用。
相干论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9192
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