中國天文學家揭開神秘紫外輻射起源

億萬光年之外，巨型的中性氫氣體雲產生了一類被稱之為萊曼－阿爾法（Lyman-alpha）的特殊紫外輻射，這類巨型的氣體雲則被稱為萊曼－阿爾法團塊（Lyman-alpha Blobs，簡稱 LABs）。萊曼－阿爾法團塊被發現於二十年前，其物理尺度為銀河系的幾倍大小，團塊內部的輻射相當於幾十億個太陽。要產生如此高能的輻射需要一個非常強的能量來源，天文學家對該能量來源還存在爭議。

該研究的對像是位於天鶴座方向、現在距離我們一百八十五億光年的萊曼－阿爾法團塊 LAB6（上圖），它的輻射產生於一百零七億年前。研究團隊在LAB6中發現了一些獨特的現象，其中性氫氣體有向團塊中心下落的跡象。下落的氣體具有低金屬豐度，這顯示它們源自星系際介質，而非產星星系本身。

中國科學院紫金山天文台、中國科技大學天文與太空科學學院和美國猶他大學等十四個單位組成的國際研究團隊在揭開神秘紫外輻射起源上獲得新發現，為萊曼－阿爾法團塊的能量來源提供了證據。研究團隊利用歐洲南方天文台的甚大望遠鏡和聯合阿爾瑪天文台的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波射電望遠鏡陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，簡稱 ALMA）的觀測數據。從ALMA獲取的中心星系的分子氣體信息，可以用來確定星系的系統速度，而甚大望遠鏡則提供了非常重要的萊曼－阿爾法輻射譜線輪廓的觀測數據。通過對ALMA 和甚大望遠鏡觀測的萊曼－阿爾法輻射數據的分析，研究團隊發現從LAB6 發出的萊曼－阿爾法輻射波長比預期的更短，從而揭示了下落氣體的存在。他們利用模型對光譜數據進行了分析，研究了氣體的運動。

萊曼－阿爾法團塊常與正在形成恆星的大星系相關聯，其恆星形成率可高達每年幾百到幾千個太陽質量。巨大的萊曼－阿爾法輻射暈包圍著這些星系，形成了橫跨幾十萬光年的萊曼－阿爾法團塊，其單位時間輻射的能量相當於上百億個太陽。團塊裡氣體的運動可以顯示出星系的狀態。

下落的氣體可以有幾個不同的來源。它可能是星系噴泉的第二個階段，星系裡的大質量恆星演化到生命末期發生爆發，把氣體往外推，之後部分氣體會回落。它也可能是所謂的冷氣流，星系之間有纖維狀的大量氣體氫漂浮其中，受星系重力作用，它們會拉向中心的星系，趨向重力勢阱的最底端，構成了下落的氣體。

通過分析萊曼阿爾法發射線的輪廓特徵，研究團隊發現氣體裡的金屬塵埃含量不大。這顯示氣體沒有被恆星形成所產生的重元素污染，也證實了這個萊曼－阿爾法團塊裡的下落氣體來自星系際介質。此外，他們的模型還發現下落氣體的量只相當於每年兩個太陽質量，對於觀測到的萊曼－阿爾法輻射光度來說，這太微不足道了。這些發現為產星星系作為萊曼－阿爾法輻射的主要貢獻者提供了有力證據，而下落氣體則塑造了萊曼－阿爾法發射線的光譜輪廓。

【圖、文：節錄自中國科學院紫金山天文台網頁；新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在已經出版的《自然-天文學》期刊