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清華大學團隊揭示星系外氣體進入星系的詳細過程

為理解星系形成演化邁出重要一步

光明日報北京5月5日電?記者鄧暉從清華大學獲悉，該校天文系團隊通過全波段數據直接探測到早期宇宙中星系周圍氣體進入星系的詳細過程，證實了重元素豐度較高的“循環內流”是驅動星系恒星形成的關鍵，為理解星系“生態系統”及星系演化邁出重要一步。相關研究成果于5月5日以長文形式在線發表于《科學》雜志。

星系吸積星系外氣體形成恒星的詳細過程，一直是天體物理學研究的熱點。在美國近期公布的未來十年天體物理規劃中，“宇宙生態系統”是需要解決的重要問題之一，而其中的一個關鍵是大質量星系形成演化的機制問題。理論認為，對于大質量星系而言，其本身巨大的引力勢能，導致物質在塌縮過程中被激波加熱，使流入星系的氣體具有很高的溫度，無法有效冷卻，從而不能順利聚在一起形成恒星。然而，這一理論與新的觀測相悖，因為在非常早期的宇宙中，已發現有的大質量星系內部也正在劇烈地形成恒星。這就意味著，人們還沒有充分理解氣體流入星系的詳細過程，流入的氣體如何驅動恒星形成過程也未被揭示。

為了揭開這一謎題，來自清華大學的蔡崢教授團隊利用世界上最大的光學望遠鏡——“凱克”對距今110億年的一個巨大的氣體星云進行了觀測，并利用其先進的成像光譜儀——“宇宙網成像器”，成功探測到了星系周圍氣體的氫元素以及多種重元素輻射，進而估計出重元素的大尺度空間分布。研究團隊介紹，這意味著在宇宙早期，星系周圍氣體已經富含重元素。通過進一步的光譜和數值模擬分析發現，這些富含重元素的電離氣體，極為可能是早先被星系中心的活動星系核噴射到星系周圍，通過復合輻射、禁戒躍遷輻射等過程冷卻下來，在引力和環境角動量共同作用下，重新回流入星系，形成“循環冷氣體流”。對觀測到的氣體動力學建模進一步表明，循環氣體流是朝星系流入的，可以促進和維持恒星形成活動。

研究團隊介紹，本次發現為星系如何與大尺度環境進行物質交換提供了清晰的圖景，表明“循環氣體流”是驅動早期宇宙大質量星系形成的重要機制。未來，利用更大口徑、更大視場的光譜巡天望遠鏡（例如清華大學正在籌備的MUST巡天望遠鏡），人們有望揭示星系中恒星形成的全貌。

《光明日報》（ 2023年05月06日?04版）