清華新聞網(wǎng)9月28日電 清華大學(xué)天文系通過(guò)毫米波陣列觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，宇宙早期星際間中的重元素，可能起源于一億個(gè)太陽(yáng)光度的巨大星系的反饋?zhàn)饔?，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了國(guó)際上現(xiàn)有的星系形成理論。
星際間介質(zhì)中的重元素存在之謎
在宇宙中，絕大部分物質(zhì)不在星系里，而在星系之間。這部分彌散在星系之間廣袤空間里的物質(zhì)，被稱(chēng)為星際間介質(zhì)。在宇宙大爆炸之后不久，宇宙中只存在大量的氫、氦和少量的鋰，而沒(méi)有更重的元素（例如，碳，氮，氧等元素）。但是天文學(xué)家們從距離大爆炸僅9億年的宇宙中，確認(rèn)了星際間已經(jīng)存在較重的元素。在觀(guān)測(cè)宇宙學(xué)中，一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何理解早期宇宙中的重元素從何而來(lái)，以及它們又是如何到達(dá)星際間的。
現(xiàn)代宇宙學(xué)理論指出，星際間的重元素主要起源于小質(zhì)量星系的恒星星風(fēng)或黑洞的反饋?zhàn)饔?。這些理論預(yù)言，小質(zhì)量星系活動(dòng)是宇宙重元素起源的原因。
清華大學(xué)天文系蔡崢副教授所領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目，利用國(guó)際上最大的射電望遠(yuǎn)鏡，位于智利北部的阿卡塔瑪沙漠中的ALMA毫米波陣列，對(duì)“宇宙早期重元素起源”這一問(wèn)題進(jìn)行了研究。清華大學(xué)利用ALMA對(duì)準(zhǔn)了位于宇宙早期，宇宙學(xué)紅移為6.04處的類(lèi)星體J2054-0005光譜中的一個(gè)氧吸收體（距今125億光年）。在進(jìn)行了仔細(xì)地?cái)?shù)據(jù)分析和處理后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)候選星系，此候選星系與氧吸收體的距離約6萬(wàn)光年。這個(gè)星系的光度達(dá)到了太陽(yáng)光度的1億倍，該星系暗物質(zhì)暈總質(zhì)量達(dá)到4千億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)將這個(gè)星系與國(guó)際上流行的宇宙學(xué)數(shù)值模擬理論進(jìn)行了對(duì)比，令人驚訝的是，這次所發(fā)現(xiàn)的星系，要比理論預(yù)言的重1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。這一觀(guān)測(cè)清晰地表明，大質(zhì)量星系的活動(dòng)對(duì)早期宇宙的元素增豐可能比之前理論預(yù)言得重要得多。該文結(jié)果為宇宙早期重元素起源之謎提供了新的見(jiàn)解，為理論提供了全新的觀(guān)測(cè)挑戰(zhàn)。
相關(guān)研究成果于9月27日在線(xiàn)發(fā)表于《自然·天文》。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室處、科研院等的支持。文章通訊作者為清華大學(xué)天文系蔡崢副教授，第一作者為天文系2019級(jí)博士生吳昀荊。合作單位包括德國(guó)馬克斯-普朗克研究所、美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)、美國(guó)新墨西哥州立大學(xué)、北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所、美國(guó)亞利桑那大學(xué)、德國(guó)萊布尼茨波茨坦天體物理學(xué)研究所、美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校，以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01471-4
供稿：天文系
編輯：李華山
審核：呂婷
