山東
IT之家 4 月 13 日消息，一項針對早期宇宙的全新大規模觀測研究，極大擴充了圍繞年輕星系的已知氫氣體暈數量，揭示出這類結構遠比此前認知的更為普遍、形態也更多樣。
天文學家通過分析霍比-埃伯利望遠鏡暗能量巡天項目（HETDEX）的數據，在 100 億至 120 億年前的星系周圍，發現了數以萬計的巨型氫氣體暈 —— 這類結構被稱為“萊曼 α 星云”。
據IT之家了解，這一時期被稱作宇宙正午，是星系恒星形成速率達到頂峰的階段。維持這種高速成長需要大量氫氣體補給，而氫正是構成恒星的主要原料。但在此之前，人類僅探測到極少數這類氣體暈。
發表于《天體物理學雜志》的一項新研究，將已知氣體暈數量提升了十倍 —— 從約 3000 個增至 33000 多個。該發現證實這類結構并非罕見，而是普遍存在；同時也拓展了觀測到的尺寸范圍，為研究早期星系的形成與演化提供了更完整的數據集。
“過去二十多年里，我們一直在分析屈指可數的幾個天體。”該研究第一作者、HETDEX 數據管理員艾琳 · 門圖奇 · 庫珀表示，“HETDEX 讓我們發現了更多這類氣體暈，并測量它們的形態與尺寸，真正構建出一份極具價值的統計星表。”
氫氣體本身不發光，因此難以被直接觀測。但當它靠近充滿紫外輻射恒星的星系等高能天體時，輻射會激發氣體發光。捕捉這種微弱信號需要高靈敏度設備進行長時間觀測，而這類設備資源通常十分緊缺。
填補缺失的結構
此前的巡天僅發現了部分最明亮、最極端的氣體暈；同時，針對早期星系的精細觀測往往聚焦范圍過窄，會遺漏星系外圍更小區域之外的結構。這導致中等尺寸的氣體暈大多未被發現。
HETDEX 項目正填補這一空白。該項目依托麥克唐納天文臺的霍比-埃伯利望遠鏡，對超過一百萬個星系進行測繪，以深入研究暗能量。
“我們已采集了近半拍字節的數據，不僅涵蓋這些星系，還包括星系之間的區域。”論文合著者、HETDEX 首席研究員、得克薩斯大學奧斯汀分校天文系主任卡爾 · 格布哈特介紹，“我們的觀測天區面積相當于 2000 多個滿月，規模空前龐大。”
“霍比-埃伯利望遠鏡是全球最大的望遠鏡之一。”論文合著者、得克薩斯大學奧斯汀分校博士后、HETDEX 科學家達斯汀 · 戴維斯補充道，“其搭載的設備單次觀測可獲取 10 萬條光譜，因此我們擁有海量數據，還有各種新奇、有趣、奇特的天體等待被發現。”
新發現的氣體暈直徑從數萬到數十萬光年不等。部分是包裹單個星系、呈橄欖球狀的簡單云團，另一些則是包含多個星系的巨大不規則結構。“那些是最有意思的，”門圖奇 · 庫珀說，“它們看起來像巨型阿米巴原蟲，觸須向宇宙空間延伸。”
深化對星系形成的認知
研究團隊從 HETDEX 目前已識別的 160 多萬個早期星系中，篩選出 7 萬個最亮的星系，借助得克薩斯高級計算中心的超級計算機，分析哪些星系存在外圍氣體暈 —— 這類結構特征為中心致密氫區與外圍彌散云團。
近半數星系具備該結構。但門圖奇 · 庫珀表示，這一比例很可能低于真實值：“我們推測，最暗弱的系統亮度不足，無法完全展現其真實尺寸。”
團隊預計，這份擴充后的星表將推動更多早期宇宙相關研究，包括宇宙結構形成、物質分布規律，以及星系的運動與相互作用。隨著 33000 多個氣體暈被確認，研究者的重心將從“尋找天體”轉向“精細研究”。
“針對這一時期的星系已有多種模型，大多能自圓其說，但仍存在缺陷與空白。”戴維斯解釋，“如今我們可以聚焦單個氣體暈，更細致地探究其背后的物理機制，進而修正或摒棄現有模型，重新推演。”
參考資料：
- https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae44f3
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