42亿年前的宇宙有什么?“中国天眼”发现最遥远中性氢星系

  中新网北京5月10日电 (记者 孙自法)42亿年前的宇宙有什么?基于被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)最新超深场巡天数据,中外天文学家合作研究发现宇宙中迄今最遥远的中性氢(HI)星系,为42亿年前宇宙存在更多大质量中性氢星系提供了观测证据。

  “中国天眼”最新观测发现一批最遥远中性氢星系样本的重大天文学研究成果论文,由中国天文学家领导并联合澳大利亚、美国、俄罗斯等同行共同完成,北京时间5月10日在国际学术期刊《天体物理通讯》在线发表。

42亿年前的宇宙有什么?“中国天眼”发现最遥远中性氢星系
本次研究图示:黑色实线是FAST观测的星系中性氢谱线,红色实线为拟合线、蓝色实线为光学光谱、红色虚线为光学对应体相对速度。中国科学院国家天文台/供图

  论文第一作者、中国科学院国家天文台席宏伟博士介绍说,氢是宇宙中最早形成的元素,通常以中性氢形式存在。中性氢也是星系中气体循环的重要组成成分,为恒星形成区提供燃料,也是研究星系动力学结构重要探针。中性氢旋转曲线提供了暗物质存在的观测证据,为标准宇宙模型的建立提供了坚实基础。

  论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台彭勃研究员主持的FAST超深场巡天(FAST Ultra-Deep Survey,FUDS)项目,充分发挥FAST高灵敏度以及19波束接收机大视场优势,对远距离和暗弱中性氢星系开展深度“盲寻”。

  彭勃指出,在本项研究中,FAST超深场巡天发现6个距离约为50亿光年的中性氢星系,这是迄今用21厘米发射线直接探测到的最远的中性氢星系样本,其中一个星系具有迄今所知最大的中性氢质量。FAST超深场巡天项目团队通过估算样本中大质量中性氢星系的密度,发现42亿年前的宇宙中,拥有更多大质量中性氢星系。

42亿年前的宇宙有什么?“中国天眼”发现最遥远中性氢星系
本次研究图示:FAST探测的星系中性氢柱密度叠加在DESI Legacy Survey的三色图上,红圈代表该红移处FAST波束大小;右下角展示了放大的光学对应体。中国科学院国家天文台/供图

  随后,合作团队进一步通过暗能量光谱巡天(DESI)谱线数据,并使用美国海尔(Hale)5米、凯克(Keck)10米和俄罗斯经纬台式(BTA)6米等光学望远镜多波段观测,成功找到该6个远距离中性氢星系的光学对应体。这表明,在远距离星系探测上,FAST可提供探测遥远中性氢星系的新途径。

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本次研究图示:红移与回看时间和距离关系。不同数据点展示各巡天项目发现的最高红移星系处的回看时间和共动距离。中国科学院国家天文台/供图

  据了解,此前的研究中,澳大利亚帕克斯(Parkes)64米射电望远镜对南天6亿光年内星系进行搜寻,探测到约5000个中性氢星系;美国阿雷西博(Arecibo)305米射电望远镜对北天8亿光年内进行搜寻,探测到约3万个星系。都在近邻宇宙的这些星系样本首次给出中性氢星系质量分布,天文学家们得以系统研究中性氢气体与恒星质量、恒星形成率的关系。(完)

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