【物理科学】神秘紫外辐射起源的新发现

2020-04-13 14:55  |  发布者:admin  |   查看:  |  分类:学术期刊  |

亿万光年之外,巨型的中性氢气体云产生了一类被称之为莱曼-阿尔法(Lyman-alpha)的特殊紫外辐射,这类巨型的气体云则被称为莱曼-阿尔法团块(Lyman-alpha Blobs; LABs)。莱曼-阿尔法团块被发现于20年前,其物理尺度为银河系的几倍大小,团块内部的辐射相当于几十亿个太阳。要产生如此高能的辐射需要一个非常强的能量来源,科学家们对该能量来源还存在争议。 

 


 
该研究的对象是位于天鹤座方向、现在距离我们185亿光年(共动距离)的莱曼-阿尔法团块LAB6,其辐射产生于107亿年前。研究团队在LAB6中发现了一些独特的现象,其中性氢气体有向团块中心下落的迹象。下落的气体具有低金属丰度,这显示它们源自星系际介质,而非产星星系本身。 
 
近期,中国科学院紫金山天文台(紫台)、中国科大天文与空间科学学院和美国犹他大学等14家单位组成的国际研究团队在揭示神秘紫外辐射起源上获得新发现,为莱曼-阿尔法团块的能量来源提供了证据。研究团队利用了欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)和联合阿尔玛天文台的阿塔卡玛大型毫米波亚毫米波干涉阵(ALMA)的观测数据。从ALMA获取的中心星系的分子气体信息,可以用来确定星系的系统速度,而VLT则提供了非常重要的莱曼-阿尔法辐射谱线轮廓的观测数据。通过对ALMA和VLT观测的莱曼-阿尔法辐射数据的分析,研究团队发现从LAB6发出的莱曼-阿尔法辐射波长比预期的更短,从而揭示了下落气体的存在。他们利用模型对光谱数据进行了分析,研究了气体的运动。 
 
莱曼-阿尔法团块常与正在形成恒星的大星系相关联,其恒星形成率可高达每年几百到几千个太阳质量。巨大的莱曼-阿尔法辐射晕包围着这些星系,形成了横跨几十万光年的莱曼-阿尔法团块,其单位时间辐射的能量相当于上百亿个太阳。团块里气体的运动可以显示出星系的状态。 
 
下落的气体可以有几个不同的来源。它可能是星系“喷泉”的第二个阶段——星系里的大质量恒星演化到生命末期发生爆发,把气体往外推,之后部分气体会回落。它也可能是所谓的冷气流——星系之间有纤维状的大量气体氢漂浮其中,受星系引力作用,它们会被拉向中心的星系,趋向引力势阱的最底端,构成了下落的气体。 
 
通过分析莱曼阿尔法发射线的轮廓特征,研究团队发现气体里的金属尘埃含量不大。这表明气体没有被恒星形成所产生的重元素污染,也证实了这个莱曼-阿尔法团块里的下落气体来自星系际介质。此外,他们的模型还表明下落气体的量只相当于每年两个太阳质量,对于观测到的莱曼-阿尔法辐射光度来说,这太微不足道了。这些发现为产星星系作为莱曼-阿尔法辐射的主要贡献者提供了有力证据,而下落气体则塑造了莱曼-阿尔法发射线的光谱轮廓。