在數(shù)十億光年之外，巨大的氫氣云會產(chǎn)生一種特殊的輻射，一種稱為Lyman-alpha發(fā)射的紫外線。發(fā)出光的巨大云層是萊曼-阿爾法斑點(diǎn)(LAB)。LAB比我們的銀河系大幾倍，但直到20年前才被發(fā)現(xiàn)。要產(chǎn)生這種輻射，必須使用極其強(qiáng)大的能源-想想相當(dāng)于數(shù)十億太陽的能量輸出-但科學(xué)家們爭論著該能源可能是什么。

3月9日發(fā)表在《自然天文學(xué)》上的一項(xiàng)新研究提供了證據(jù)，證明該能源位于形成LAB的恒星形成星系的中心。

這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是Lyman-alpha blob 6(LAB-6)，其光是在107億年前發(fā)射的。合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了LAB-6的獨(dú)特功能-氫氣似乎向內(nèi)下落。LAB-6是第一個(gè)有力的證據(jù)證明所謂的下降氣體特征的LAB。流入的氣體中金屬元素的含量低，這表明LAB流入的氫氣起源于星際介質(zhì)，而不是來自形成恒星的星系本身。

進(jìn)入的氣體量太少，不足以驅(qū)動觀察到的萊曼-阿爾法發(fā)射。這些發(fā)現(xiàn)提供了證據(jù)，表明形成中央恒星的星系是負(fù)責(zé)Lyman-α發(fā)射的主要能源。他們還提出了有關(guān)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)的新問題。

猶他大學(xué)物理與天文學(xué)副教授，該研究的合著者鄭錚說：“這給我們帶來了一個(gè)謎。我們期望恒星形成的星系周圍會有大量氣體流入，它們需要?dú)怏w作為物質(zhì)。” 。Zheng參與了數(shù)據(jù)分析工作，并與U研究生Nie Shiyu一起進(jìn)行了理論解釋。“但是，這似乎是唯一有氣體泄漏的萊曼-α斑點(diǎn)。為什么如此罕見?”

作者使用歐洲南方天文臺(ESO)的超大型望遠(yuǎn)鏡(VLT)和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)來獲取數(shù)據(jù)。中國科學(xué)院紫金山天文臺的首席作者敖一平(音譯)在十多年前首次觀察到了LAB-6系統(tǒng)。他知道即使在那時(shí)，基于氫氣斑點(diǎn)的極端大小，該系統(tǒng)還是有一些特別之處。他抓住了機(jī)會近距離觀察。

他說：“幸運(yùn)的是，我們能夠從ALMA獲得捕獲分子組成所必需的數(shù)據(jù)，從而降低了銀河系的速度。”“ ESO的VLT光學(xué)望遠(yuǎn)鏡為我們提供了Lyman-alpha發(fā)射的重要光譜光分布。”

氫的光揭示了它的秘密

宇宙充滿了氫。氫電子以不同的能級繞原子核運(yùn)行。當(dāng)中性氫原子受到能量沖擊時(shí)，電子可以被提升到具有更高能級的更大軌道。然后，電子可以從一個(gè)軌道水平跳到另一軌道水平，從而產(chǎn)生一個(gè)光子。當(dāng)電子從緊鄰的軌道移動到最內(nèi)層的軌道時(shí)，它會發(fā)射出具有紫外光譜中特定波長的光子，稱為萊曼-α發(fā)射。需要強(qiáng)大的能源來激發(fā)氫足以產(chǎn)生Lyman-alpha發(fā)射。

作者通過分析Lyman-alpha排放的運(yùn)動學(xué)發(fā)現(xiàn)了下降的氣體特征。發(fā)射Lyman-α光子后，它將遇到充滿氫原子的環(huán)境。在逃離環(huán)境之前，它多次撞入這些原子，就像在彈球機(jī)中移動的球一樣。該出口使發(fā)射向外延伸很遠(yuǎn)的距離。

由于氣體的運(yùn)動會引起多普勒效應(yīng)，所有這些反彈不僅會改變光波的方向，還會改變其頻率。當(dāng)氣體流出時(shí)，Lyman-α發(fā)射移入更長，更紅的波長。當(dāng)氣體流入時(shí)，情況正好相反。Lyman-alpha發(fā)射的波長似乎變短，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦{(lán)的光譜。