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問與答：天體物理學家研究原始氣體來調查星系是如何誕生的

星系


問與答：天體物理學家研究原始氣體來調查星系是如何誕生的


星系IC342 。鳴謝:美國宇航局
據北卡羅來納州立大學（Tracey Peake）：研究宇宙并不容易，不僅僅是因為涉及到巨大的距離 。如果你想研究恒星和星系形成的星系溫床，你通常必須觀察宇宙中沒有任何可見光的區域，因為前面提到過沒有恒星 。
天體物理學家通過使用光譜學來彌補這一點，光譜學使他們不僅能夠“看到”肉眼不可見的光的波長，還能夠檢測從無線電波到伽馬波的能量 。這樣，他們可以分析非常遙遠的宇宙現象的內容 。
在最近的《自然》雜志的一項研究中，北卡羅來納州天體物理學家Rongmon Bordoloi是一個團隊的成員，該團隊探測了遠離任何星系的“原始氣體” 。通過檢測和研究這些氣體的成分 ， 該團隊希望進一步揭開星系如何誕生的奧秘，以及它們在最基本的層面上是由什么組成的 。
Bordoloi拿著摘要坐下來回答一些關于最新研究的問題 。
摘要:在你的論文中 ， 你看到“原始氣體”從新形成的星系中出來 。這些原始氣體是什么？有多少人，你是如何識別他們的？
Bordoloi:我們發現了離附近星系幾十萬光年的兩塊原始氣體 。這些“團塊”是中性的原子氣體云，相對于一個星系來說 ， 它們的大小相當緊湊；它們比普通星系小10倍左右 。
我們使用ALMA射電望遠鏡陣列(阿塔卡馬大型毫米陣列)來識別它們 ， 這是一個位于智利阿塔卡馬沙漠的大型射電望遠鏡陣列 。我們檢測到一個單電離碳原子的禁止躍遷，這產生了一個特定的光譜特征 。這個信號意味著信號來自密度極高的氣體云 。
當我們用哈勃太空望遠鏡觀察同一區域時，這種光譜特征加上缺乏“可見”恒星，意味著該區域存在原始氣體云/星系 。
TA:這些氣體是如何形成的？
Bordoloi:這是一個好問題 。這些云是如何形成的仍然是個謎 。正如我上面解釋的那樣，這些云是通過發現紅外線中被禁止的碳排放來探測的 。但它們不發射任何光學或紫外光(我們可以探測到)，這表明這些云中沒有恒星 。
一種假設是 ， 這些致密的云是隨著氣體從星系際介質(早期宇宙中大部分重子所在的巨大宇宙網)中冷卻下來而形成的 ?；蛘?，它們可能是由來自星系的強輻射激發的稠密氣體云形成的 。
TA:這些原始氣體云在新星系的形成中起作用嗎？如果有 ， 如何實現？
Bordoloi:是的 ， 它們會在星系形成中發揮作用 。引力意味著這些云最終會落入星系并形成恒星，從而增加星系的質量 。事實上，這是一個主要的渠道(氣體落到星系上)，通過這個渠道，星系從早期宇宙中相對較小的星系成長為像今天銀河系一樣的大質量星系 。
TA:這個發現告訴我們關于早期宇宙的什么？
Bordoloi:這些原始氣體云存在于其他幾個星系附近 ， 它們之間的空間充滿了我們也探測到的熱(100 ， 000開爾文)等離子體 。這一發現表明早期宇宙中存在大量氣體的化學混合 。例如，早期星系中爆發的超新星可能會從這些星系中噴出大量電離等離子體，這些等離子體最終會落回到星系中，并形成下一代恒星 。所以早期宇宙是一個真正動態的環境——有點像濃縮氣體的宇宙再循環機器，這個“機器”最終創造了復雜的原子和分子，這些原子和分子今天在我們的太陽系中非常豐富 。
TA:你認為這個發現中最酷的部分是什么？
Bordoloi:這些原始致密氣體云的發現完全出乎意料 ， 并讓我們開始認真思考這種原始氣體云是如何存在的 。請注意，這個項目是唯一可能的，因為我們可以結合來自太空的觀測(哈勃太空望遠鏡成像)，地面光譜和地面深亞毫米觀測(與ALMA) 。
能夠進行這樣的多波長搜索是這個項目的獨特之處之一 ， 它產生了真正出乎意料和令人興奮的科學 。對我來說，將所有資源和波長范圍結合在一起進行連貫的科學實驗的協同作用確實是這項工作的一個令人驚嘆的方面 。