一项使用地球和天空望远镜数据的研究解决了困扰天文学家在红外线工作的问题，并可能有助于使用詹姆斯·韦伯太空望远镜和其他仪器更好地观察宇宙的组成。这项工作于 4 月 20 日发表在 《自然天文学》上。

更好地测量星系的组成

“我们正试图测量星系内部气体的成分，”与加州大学戴维斯分校物理与天文学系塔克琼斯教授合作的博士后研究员陈宇光说。

除了氢、氦和锂之外的大多数元素都是在恒星内部产生的，因此较重元素的组成和分布——尤其是氧与氢的比例——可以帮助天文学家了解在遥远的天体中正在形成多少颗恒星以及哪些类型的恒星正在形成。

天文学家使用两种方法测量星系中的氧气，但不幸的是，它们给出了不同的结果。Chen 说，一种常见的方法是碰撞激发线，它给出了强烈的信号，但结果被认为对温度变化很敏感。第二种方法使用一组不同的线，称为重组线，这些线较暗但不受温度影响。

复合线法始终产生大约两倍于碰撞激发线的测量值。陈说，科学家将这种差异归因于气体云中的温度波动，但这尚未得到直接证实。

Chen、Jones 及其同事使用光学和红外天文学测量了距地球约 1100 万光年的矮星系 Markarian 71 中的氧丰度。他们使用了最近退役的 SOFIA 飞行望远镜和退役的赫歇尔太空天文台的存档数据，并使用位于夏威夷莫纳克亚山的 WM 凯克天文台的望远镜进行了观测。

SOFIA(红外线天文平流层天文​​台)是一架安装在波音 747 飞机上的望远镜。通过在 38,000 到 45,000 英尺的高度飞行，飞机可以吸收地球大气中 99% 以上的水蒸气，从而有效地阻挡来自深空的红外线到达地面。作为 NASA 和德国航天局的联合项目，SOFIA 于 2022 年 9 月进行了最后一次运营飞行，目前正前往图森的博物馆展出。

以天文学家 William 和 Caroline Herschel 的名字命名的赫歇尔太空天文台是由欧洲航天局运营的红外太空望远镜。它从 2009 年到 2013 年很活跃。

一个令人惊讶的结果

Chen 和 Jones 利用来自这些仪器的数据检查了 Markarian 71 中的氧丰度，同时校正了温度波动。他们发现，即使在消除了温度的影响之后，碰撞激发红外线的结果仍然比复合线法的结果低 50%。

“这个结果让我们非常惊讶，”陈说。他说，对于这种差异的解释还没有达成共识。Chen 说，该团队计划观察其他物体，以确定星系的哪些特性与这种变化相关。

2022 年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜的目标之一是对宇宙最初十亿年中遥远星系的组成进行红外观测。新结果为使用 JWST 和智利的阿塔卡马大毫米阵列进行这些测量提供了一个框架。

该论文的其他共同作者是：加州大学戴维斯分校的 Ryan Sanders 和 Erin Huntzinger;Dario Fadder、Jessica Sutter 和 Robert Minchin，宇航局艾姆斯研究中心 SOFIA 科学中心;Peter Senchyna，卡内基科学研究所天文台，帕萨迪纳;Daniel Stark 和 Benjamin Weiner，亚利桑那大学斯图尔德天文台;德克萨斯 A&M 大学的 Justin Spilker;和加州大学洛杉矶分校的 Guido Roberts-Borsani。这项工作得到了 NASA 的部分财政支持。SOFIA 由 Universities Space Research Association, Inc. 和 Deutsches SOFIA Institut 共同运营。

WM 凯克天文台作为加州理工学院、加州大学和国家航空航天局之间的科学合作伙伴关系运作，并得到 WM 凯克基金会的财政支持。研究人员要感谢夏威夷社区允许他们对 Mauna Kea 进行观察的特权，它在文化和宗教方面发挥着重要作用。