發現橫跨3萬光年的氣態碳雲，包圍著年輕星系， 目前還無法解釋！

2020-10-18 博科園

天文學家使用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)在年輕星系周圍，發現了橫跨3萬光年半徑的巨大氣態碳雲。這是第一次證實早期宇宙中恆星內部產生的碳原子已經擴散到星系之外。沒有理論研究預測到成長中的星系周圍有如此巨大的「碳繭」，這對目前對宇宙演化的理解提出了疑問。研究的主要作者、哥本哈根大學天文學家藤本誠司(Seiji Fujimoto)說：我們徹底檢查了ALMA科學檔案館。

收集了所有包含宇宙早期星系中碳離子無線電信號的數據，這距離宇宙大爆炸只有10億年。通過綜合所有數據，獲得了前所未有的靈敏度，用一次觀測獲得相同質量數據集需要的時間，是典型ALMA觀測所需時間的20倍，這幾乎是不可能實現的。宇宙大爆炸時，宇宙中還不存在碳和氧等重元素，是後來由恆星中的核聚變形成。然而，目前還不清楚這些元素是如何在宇宙中傳播的。

天文學家已經在年輕星系內發現了重元素，但由於望遠鏡靈敏度有限，沒有發現超出這些星系的重元素。研究小組匯總了存儲在數據檔案中的微弱信號，並突破了極限。日本國家天文臺和東京大學的教授Masami Ouchi解釋說：氣體碳雲幾乎是哈勃太空望遠鏡觀測到星系中恆星分布的五倍，發現了漂浮在碳黑宇宙中瀰漫但巨大的雲層。那麼「碳繭」是怎麼形成的呢？歐洲南方天文臺科學主任羅布·艾維森教授說：

在恆星生命的最後階段，超新星爆炸會排出恆星中形成的重元素。來自星系中心超大質量黑洞的高能射流和輻射也可能有助於將碳輸送到星系之外，最終輸送到整個宇宙。我們正在見證這個正在進行的擴散過程，這是宇宙中最早的環境汙染。目前理論模型無法解釋年輕星系周圍如此巨大的碳雲，這可能表明必須將一些新的物理過程納入宇宙學模擬。年輕星系排出的富碳氣體似乎遠遠超出了預期。

研究該團隊目前正在使用ALMA和世界各地的其他望遠鏡，進一步探索這一發現對星系外流和星系周圍富碳雲的影響。本研究報告了在早期宇宙中發現，圍繞恆星形成星系的10kpc尺度的[CII]158um暈。研究選取了18個恆星形成率為~10-70msun、無活動星系核特徵的星系內部ALMA數據，在z=5.153-7.142處分別探測到了它們的[CII]線，並在紫外可見面內進行了[CII]線和塵埃連續體的疊加。

表面亮度徑向剖面顯示，在9.2σ水平，10kpc尺度的[CII]暈比HST恆星連續體和塵埃連續體的指數剖面延長了約5倍。還比較了這個時期恆星形成星系中普遍存在的[CII]和LYA暈的徑向分布，發現尺度長度在1sigma水平內一致。雖然兩個獨立的流體動力學放大模擬與塵埃和恆星連續介質的性質相匹配，但模擬不能再現擴展的[CII]線發射。擴展[CII]暈的存在是早期星系中流出殘留物的證據，並表明流出可能是由排出中性氣體的冷模流出所主導。

博科園｜研究/來自：日本國立天文臺

參考期刊《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab480f

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