天文科普:作者亲身解读,“中国天眼”看见的一团“云”有多重要?

时间:2023-02-05 02:51:53 来源:MELVYN网

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本年 10 月,科普中国迷信院国度天文台运用“中国天眼”500 米口径球面射电看远镜(以下简称 FAST)探测到了宇宙中而今已知最大年夜的亲身原子气体结构。该效果于北京时辰 2022 年 10 月 19 日 23 点在国际学术期刊《自然》杂志上揭橥[1],解读媒体报道都夸张年夜其“预示着宇宙中能够存在更多多么大年夜规范的团多重健身操音乐在线试听播放低密度原子气体结构”,但这还远远缺乏以解释这项研讨的中国天眼意义。

为此,天文科普中国特别约请论文第二作者程诚师长教员执笔,科普带来独家深切解读。亲身

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天文学家究竟干了甚么?

这项效果复杂来说,解读就是团多重我们课题组用 FAST 看到了一朵云,很大年夜的中国天眼一朵云。这朵“云”是天文一个大年夜约两百万光年尺寸的中性氢气体结构,比我们地点的科普祝寿歌完整版健身操银河系大年夜二十多倍。

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从左上角顺时针倾向区分为:NGC7320、NGC7319、NGC7318(a和 b)、NGC7317。图片来源:esahubble.org

大年夜,还不是这一发明激动平易近气的重要缘由原由。天文学界更感快活喜好的是,这朵“云”的发明,将资助我们人类进一步懂得一个特别很是重要的星系群的星系并合汗青

这个星系群叫做“斯蒂芬五重星系”,是 1877 年被法国天文学家爱德华·斯蒂芬(Édouard Stephan)用 80 厘米口径看远镜发明的、由 5 个亮星系和临近的一些矮星系构成的致密星系群,其名字中的“五重”就是指最后不雅测到的 5 个亮星系。不过,好看又欢快的健身操动作后续不雅测发明,这 5 个亮星系中的 NGC7320 是前景星系,斯蒂芬五重星系的星系群实践上重要由 NGC7319,NGC7318b,NGC7318a,NGC7317 这 4 个亮星系构成。

个中,NGC7318b 正在以大年夜约 1000km/s 的速度撞入此前存在的星系群际介质中,后者是由于星系群中其他星系相互碰撞而发生的。也就是说,在斯蒂芬五重星系存在着复杂的星系相互感染,和由此激起的一系列不雅测现象,比如大年夜规范的激波、星系群际介质恒星构成、健身操瘦肚子背面教学视频长潮汐尾上的恒星构成、活动星系核外流等等。

由于斯蒂芬五重星系中的相互感染特别很是繁华,它自发明以来就一向就成了最受存眷的星系群,是研讨星系碰撞、并合、星系际介质、潮汐等进程的重要样本

在星系群相关研讨中,一个特别很是重要的标题是这些星系的相互感染汗青,也就是星系并合汗青。然则,由于斯蒂芬五重星系的相互感染比拟复杂,不合课题组的最流行版的健身操视频数值摹拟效果不尽相同,且都没法解释现有的扫数不雅测效果。

是以,此次借助 FAST 对斯蒂芬五重星系天区展开的中性氢散布不雅测就特别很是重要了——中性氢是最轻的原子和最多见的重子物质,能够会在星系并合初期就被剥离到星系群中心,懂得星系群中的中性氢散布,尤其是弥散在星系群中心地域的中性氢不雅测数据,将特别很是有助于约束现有的并合汗青模型。

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FAST 只用 22.4 小时完成不雅测

斯蒂芬五重星系这一天区曾被阿雷西博射电看远镜、绿岸射电看远镜、甚大年夜阵做过大年夜约四次射电不雅测,这些不雅测都只探测到星系群中心约 70 平方角分地域中的几个大年夜质量星系临近的氢原子散布,不雅测数据重要用于研讨星系群中的中性氢辐射,数据的灵敏度缺乏以探测到更延展的中性氢辐射。

我们课题组央求并取得了 FAST 的不雅测时辰,对斯蒂芬五重星系倾向约 700 平方角分天区做了中性氢不雅测,足以掩盖到星系群中更中心的地域和星系群临近的一些矮星系。

FAST 的灵敏度很高,并且这类单口径射电看远镜特别很是适宜探测这类弥散的中性氢气体。FAST 的十九波束接纳机掩盖的天区面积也大年夜,一次不雅测就能取得 19 个位置的数据,是以 FAST 可以以很高的不雅测屈服和灵敏度探测这一天区的中性氢辐射,诟谇常适宜这一课题的看远镜。

在 2021 年秋天,我们只用了 22.4 个小时就完成了这一天区 304 个位置的射电不雅测,异样成功探测到这“朵”庞大年夜并且淡漠的氢原子气体。

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FAST 探测到的在有名致密星系群“斯蒂芬五重星系”周围天区中的原子气体散布(用白色光晕表示;光晕越薄走漏表示气体柱密度越低)。图中背景为用加拿大年夜-法国-夏威夷看远镜不雅测的 U,G,R 光学波段数据分解的假黑色图。斯蒂芬五重星系位于图象中心。嵌入图是韦布空间看远镜比来宣布的红外波段彩图。斯蒂芬五重星系是韦布空间看远镜第一批不雅测并初次向"大年夜众展现的五个方针之一,其重要性因此可知一斑(图片来源:NASA、ESA、CSA、STScI)。

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“大年夜规范”的面前,

这些标题更重要

我们不雅测到的“这朵云”很淡漠,而如此淡漠的中性氢极能够会被宇宙的紫外背景辐射电离,是以这类弥散的中性氢结构是很难经久存在的。因此,从实际的角度来说,我们不雅测到的这团气体是若何发生的,和斯蒂芬五重星系的接洽关系是甚么,这些气体今后会若何演化,是不是是星系群构成的时辰经常会发生相似的原子气体结构,都是很值得过细商量的标题。

而从不雅测的角度来说,这类大年夜尺寸的中性氢气体体系有若干,是不是是更随便出而今致密星系群临近,会不会在其他天体体系临近出现,也都是可以借助 FAST 超高的灵敏度和不雅测屈服来继续研讨的课题。 我们也在检验检验以相似的灵敏度不雅测一些近邻星系,盼看探测到更多相似的现象。

拿我们这篇文章的几位欧洲协作者来举例,他们有针对斯蒂芬五重星系的丰厚的数值摹拟阅历,但是他们此前的数值摹拟并没有琢磨原子气体和蔼体的电离、复合进程。所以,而今欧洲团队正在积极从数值摹拟的角度,结合此次新的不雅测数据来恢复这些星系的并合汗青。

同时,我们课题组现有的中性氢数据也探测到了这个星系群临近的几个矮星系的中性氢辐射。在 2021 岁尾,我们还曾借助丽江两米四光学看远镜,成功认证了一个距离星系群约 80 万光年远的星系光谱红移。恰是结合了过往和以后的研讨,我们才干在本次在《自然》杂志上揭橥的文章中接头中性氢结构的来源。

本年我们又央求取得了一些丽江两米四光学看远镜的光谱不雅测时辰,盼看能结合矮星系的光学和射电不雅测数据来限制星系群临近的卫星星系的恒星构成汗青,懂得矮星系在星系群演化中的感染。

总而言之,在《自然》杂志揭橥效果还只是末尾。未来,“这朵云”可以启示我们对宇宙里的天体劈甲等课题做更深切的研讨和思索,FAST 的高灵敏度也给我们带来更宽广的窗口来索求宇宙中更弥散的中性氢辐射。让我们逐分歧待。

参考文献:

[1] Xu, C.K., Cheng, C., Appleton, P.N. et al. A 0.6 Mpc H I structure associated with Stephan’s Quintet. Nature 610, 461–466 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05206-x

作者|程诚 中国迷信院南美天文研讨中心 副研讨员

查询访问|韩文标 中科院上海天文台 研讨员



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