天体物理学家研究原始气体以调查星系是如何诞生的

研究宇宙并不容易，不仅仅是因为距离遥远。如果你想研究恒星和星系形成的银河托儿所，你通常必须观察宇宙中没有任何可见光的区域，因为前面提到的恒星的缺失。

天体物理学家通过使用光谱学来弥补这一点，这使他们不仅能够“看到”肉眼不可见的光波长，而且能够检测从无线电波到伽马波的能量。通过这种方式，他们可以分析非常遥远的宇宙现象的内容。

在《自然》杂志最近的一项研究中，北卡罗来纳州立大学天体物理学家荣蒙·博多洛伊(RongmonBordoloi)所在的团队探测到了远离任何星系的“原始气体”。通过检测和研究这些气体的成分，研究小组希望进一步解开星系如何诞生以及它们在最基本层面上由什么构成的谜团。

Bordoloi接受《摘要》采访，回答了有关最新研究的一些问题。

摘要：在您的论文中，您看到了从新形成的星系中产生的“原始气体”。这些原始气体是什么?那里有多少人?你是如何识别他们的?

Bordoloi：我们在距离附近星系数十万光年的地方发现了两团原始气体。这些“团块”是中性原子气体云，相对于星系来说，它们的尺寸相当紧凑;它们比普通星系小十分之一左右。

我们使用ALMA射电望远镜阵列(阿塔卡马大型毫米波阵列)识别了它们，这是一个位于智利阿塔卡马沙漠的大型射电望远镜阵列。我们检测到单电离碳原子的禁戒跃迁，这产生了特定的光谱特征。该特征意味着信号来自密度极高的气体云。

当我们用哈勃太空望远镜观察同一区域时，这种光谱特征加上缺乏“可见”恒星，意味着该区域存在原始气体云/星系。

TA：这些气体是如何形成的?

Bordoloi：这是个好问题。这些云是如何形成的仍然是个谜。正如我上面所解释的，这些云是通过在红外光中发现禁止的碳排放来检测的。但它们不发射任何光学或紫外线(我们可以检测到)，这表明这些云中没有恒星。

一种假设是，这些致密的云是随着气体从星系间介质(大型宇宙网，早期宇宙中大多数重子所在的地方)冷却而形成的。或者，它们可能是由星系强烈辐射激发的致密气体云形成的。

TA：这些原始气体云在新星系的形成中发挥作用吗?如果是这样，怎么办?

Bordoloi：是的，它们会在星系形成中发挥作用。引力意味着这些云最终会落入星系并形成恒星，从而增加星系的质量。事实上，这是主要通道之一(气体落到星系上)，星系通过它从早期宇宙中相对较小的星系成长为像今天的银河系这样的巨大星系。

TA：这个发现告诉我们有关早期宇宙的什么信息?

Bordoloi：这些原始气体云存在于其他几个星系附近，它们之间的空间充满了我们也检测到的热(100,000开尔文)等离子体。这一发现表明，早期宇宙中存在大量气体的化学混合。例如，在早期星系中爆炸的超新星可能会从这些星系中喷射出大量电离等离子体，这些等离子体最终会落回星系中并形成下一代恒星。因此，早期宇宙是一个真正动态的环境——有点像浓缩气体的宇宙回收机器，这个“机器”最终创造了今天我们太阳系中丰富的复杂原子和分子。

TA：你认为这个发现中最酷的部分是什么?

Bordoloi：这些原始致密气体云的发现完全出乎意料，这让我们认真思考这种原始气体云最初是如何存在的。请注意，这个项目之所以成为可能，是因为我们可以将太空观测(哈勃太空望远镜成像)、地面光谱学和地面深亚毫米观测(使用ALMA)结合起来。

能够进行这样的多波长搜索是该项目的独特之处之一，它产生了真正意想不到和令人兴奋的科学成果。对我来说，将所有资源和波长范围组合在一起以执行连贯的科学实验的协同作用确实是这项工作的一个令人惊奇的方面。