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ALMA發現宇宙早期時類星體流出氣體的影子
當宇宙年齡不到10億年時﹐發現類星體(quasar)有分子氣體流出﹐理論預測得到了證實。類星體是由位於大質量星系中心的超大質量黑洞提供能量的緻密區域。它們非常明亮﹐具有類似恆星的點狀外觀﹐距離地球非常遙遠。由於它們的距離和亮度﹐使得我們可以窺探宇宙早期(不到10億年)的情況。
由日本北海道大學﹑筑波大學和早稻田大學的研究小組發現了早期宇宙中類星體宿主星系中分子氣體流出抑制恆星形成的第一個證據。他們利用智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)進行觀測並將研究結果發表在天文物理期刊(Astrophysical Journal)上。
分子氣體對恆星的形成至關重要。作為恆星形成的主要燃料﹐星系內普遍存在且高濃度的分子氣體將導致大量恆星的形成。由於分子氣體噴射到星系間的速度比恆星形成所消耗的速度快使得分子外流有效地抑制了類星體所在星系中恆星的形成。
研究人員利用ALMA觀察類星體J2054-0005﹐顯示其具有非常高的紅移﹐意味它和地球正以非常快的速度相互遠離﹐並觀測了從類星體流出的分子氣體。ALMA是這項研究的關鍵﹐因為它是目前世界上唯一一台具有探測早期宇宙分子氣體外流的靈敏度和頻率覆蓋範圍的望遠鏡。
上圖是從類星體流出的分子氣體包括羥基(OH)(上圖)。由於氣體分子朝向觀察者的運動﹐吸收光譜中的OH峰值(下圖﹐藍色虛線)出現在較短的波長(藍色實線)之處﹐這種現象稱為都卜勒效應。
在談到研究中使用的方法時北海道大學研究人員解釋道﹕「外流的分子(OH)氣體是在吸收中被發現﹐意味著我們沒有觀測到直接來自OH分子的微波輻射﹔相反地我們觀測到了來自明亮類星體的吸收輻射﹐意味著OH分子碰巧吸收了來自類星體的部分輻射。因此﹐這就像是通過看到氣體在光源前投下的「影子」來揭示氣體的存在。這項研究的發現首次有力地證明了類星體宿主星系存在強大的分子氣體外流﹐並對早期宇宙的星系演化產生了影響。
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