天文學家依托FAST等望遠鏡破解星系快速熄火謎題

IT之家 4 月 27 日消息，星系的消亡從來都不是一個溫和的過程。星系內部曾源源不斷孕育出億萬顆恒星的造星工廠，會驟然停擺。這并非緩慢的衰亡，而是一場突如其來、極具戲劇性的關停，天文學家將這種現象稱為快速熄火。

這類現象存在于我們所說的后星暴星系之中，它們承載著宇宙間最引人入勝、卻往往被忽視的演化故事。對天文學家而言，這類星系就如同宇宙案發現場：它們不久前剛經歷過一場規模浩大的恒星形成爆發，宛如一場盛大的宇宙狂歡，如今卻幾乎不再有新的恒星誕生。這就好比走進一間舞廳，音樂戛然而止，燈火驟然熄滅，人群倉促散去。這般景象不禁讓人疑惑：為何轉瞬之間只剩一片沉寂？星系中的恒星孕育活動又為何消失得如此之快？

難題在于，后星暴星系十分稀少，在所有星系中的占比不足 1%。數量的稀缺給相關研究帶來了極大阻礙。早期天文學家依靠光學波段觀測，重點分析熾熱年輕的 A 型恒星產生的強吸收譜線，同時結合無明顯恒星形成活動發射譜線的特征來識別這類星系。但這套多年前建立的觀測方法，時常會遺漏大量后星暴星系，導致我們對這類天體的認知始終殘缺不全。

想要真正弄清星系為何會突然停止造星，首先就要明白恒星形成的本源原料：氣體，準確來說是冷氣體。恒星不會憑空誕生，它們形成于致密、低溫的氫分子云之中。一旦星系耗盡這類分子氣體，或是氣體結構被擾亂、無法匯聚凝聚，恒星形成活動便會隨之停止。

據IT之家了解，此前針對這類處于演化過渡期的奇特星系的研究雜亂無章：各研究采用的篩選標準不統一、觀測靈敏度存在差異，且研究樣本規模往往過小，始終無法形成清晰、統一的認知。各類研究結論相互矛盾，始終拼湊不出完整的宇宙演化真相。甚至有觀點認為，部分星系即便仍飽含氣體，也無法孕育新恒星，這讓研究恒星誕生機制的科學家們百思不得其解。

不過，另有研究發現，許多看似氣體充足、卻陷入沉寂的星系，其實仍在孕育恒星，只是恒星形成活動被厚重的塵埃云遮蔽，在光學觀測中顯得“隱匿不可見”。可想而知，過往的觀測圖景模糊不清，也讓我們在星系演化的認知上留下了巨大空白。

而 EMBERS I 研究的出現，堪稱一場精妙絕倫的天文探案工作。該研究由維多利亞大學的本?F?拉斯穆森領銜，來自空間望遠鏡科學研究所、圣安德魯斯大學等機構的科研人員共同參與。團隊決定從多維度、全方位著手破解這一科學難題，首次對大樣本、精準篩選的后星暴星系開展統一的原子氣體與分子氣體普查觀測。這好比多年來僅憑一張模糊照片辦案，如今終于集齊了完整的刑偵取證團隊。

研究團隊首先從斯隆數字巡天數據庫中篩選出 114 個候選星系，依據恒星質量和距離進行精細甄別。隨后便是漫長而艱巨的觀測工作。為探測氫原子氣體 —— 這類更為彌散、溫度更低的氣體，是未來恒星形成最初的廣闊儲備源，團隊借助中國 500 米口徑球面射電望遠鏡（FAST，也被稱為中國天眼）的超強觀測能力。這口直徑達 500 米的巨型拋物面射電天線，十分適合捕捉遙遠天體發出的微弱信號。

但真正作為造星原料的是氫分子，而氫分子很難被直接觀測到。因此天文學家會借助可靠的示蹤物：一氧化碳（CO）。可以把一氧化碳看作分子云的煙霧報警器：只要探測到一氧化碳，就大概率存在隨時會坍縮、孕育恒星的氫分子云。為精準測量一氧化碳的輻射信號，拉斯穆森團隊依托西班牙毫米波射電天文研究所 30 米望遠鏡，累計觀測時長高達 188.9 小時，分四次完成觀測立項。無數個日夜，科研人員堅守天文臺凝望深空。團隊全新完成 52 組觀測，再結合 9 組存檔觀測數據，最終構建起包含 61 個星系的研究樣本庫。

研究取得了關鍵性發現：平均而言，相較于仍在活躍孕育恒星的前身星系，后星暴星系的氫分子氣體含量確實顯著枯竭。其分子氣體儲量，比同等恒星質量、仍持續造星的星系少 3 至 6 成。這有力印證了一個核心結論：星系快速熄火的關鍵原因，就是耗盡了孕育恒星的氣體原料。

通俗來講，這場宇宙造星盛宴落幕，只因星系的“能量補給站”徹底空了。

但故事的精彩與復雜之處還不止于此。并非所有后星暴星系都徹底耗盡了氣體。研究發現，這類星系的冷氣體儲備呈現出極大的差異性。部分星系即便經歷了劇烈的恒星形成驟停，其分子氣體占恒星總質量的比例，最低僅有 2%，最高探測值竟可達 250%。

由此可見，雖然從整體平均水平來看，后星暴星系普遍缺乏造星氣體，但個體演化軌跡卻千差萬別。這一差異性對研究星系演化有著重大意義：星系快速熄火并非只有單一成因。對部分星系而言，熄火或許不可逆，因氣體大量流失，恒星形成活動徹底終結；而另一些仍保留大量氣體的星系，則存在令人期待的復蘇可能 —— 有望迎來演化的第二階段，恒星形成活動或再度重啟（即便只是暫時現象），這類星系只是短暫休眠，而非永久消亡。