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銀河系外首次發現氧氣意義何在

2020-02-20 科技日報 劉霞
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天文學家首次在銀河系外的“馬卡良231”星系內發現氧氣。圖片是哈勃太空望遠鏡拍攝的“馬卡良231”圖像。圖片來源:美國《科學新聞》網站

  氧是維持生命的重要物質。氧在宇宙中的豐度僅次于氫和氦,天文學家曾認為氧氣在恒星間的空間內普遍存在,但迄今一直未有人在銀河系外發現氧氣。現在,中美科學家攜手,首次在銀河系外發現了氧氣。這些氧氣位于距地球5.6億光年的類星體“馬卡良231”(Markarian 231)內,也是科學家迄今在太陽系外探測到數量最多的氧氣。

  最新研究合作者、“中國天眼”(FAST)首席科學家李菂對科技日報記者表示:“搜尋星際分子,特別是氧氣這種對于天體生命學和星際物質演化至關重要的分子,是射電天文學的重要前沿。最新研究是科學家首次在銀河系外發現氧氣,但氧氣在星際空間的含量為何普遍遠低于預期仍是未解之謎。”

  銀河系外氧氣首次“現形”

  此項研究發表于最新一期《天體物理學》雜志,論文第一作者、中國科學院上海天文臺研究員王均智對科技日報記者介紹說,他們在“馬卡良231”星系內發現了這些氧氣。“馬卡良231”位于大熊星座,距地球約5.6億光年,是離地球最近的類星體。在該星系內,氣體圍繞一顆超大質量黑洞旋轉并變得很熱,發出明亮的光。

  研究小組利用位于西班牙和法國的射電望遠鏡,看到了2.52毫米波長的輻射,這是氧氣存在的標志。王均智說:“這是人類首次在銀河系外發現氧氣。”

  據王均智介紹,為證明這些輻射源于氧氣,他們研究了許多能發出與檢測到波長相似波長的分子,發現除氧氣外,其他任何一種分子都未曾在太空中出現過。

  是迄今探測到的最多氧氣

  據美國《科學新聞》網站2月18日報道,這也是科學家迄今在太陽系外探測到的數量最多的氧氣。此前,天文學家僅在銀河系內兩顆恒星形成云團——獵戶座星云和蛇夫座星云內觀測到氧氣。

  天文學家們認為,星際間氧氣之所以少見,是因為氧原子和水分子凍結在塵埃顆粒上,鎖住了氧。但在獵戶座星云等恒星搖籃內,明亮新生恒星發出的沖擊波會將水冰從塵埃上剝離,將氧原子“解救”出來,氧原子彼此相遇,從而形成氧氣。

  但即便在獵戶座星云內,氧氣的數量也很少,僅為其中氫氣數量的百萬分之一。在“馬卡良231”內,氫也占主導地位,但氧氣豐度是獵戶座星云內氧氣豐度的100倍,位于星系盤外圍。

  團隊成員,美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室天文學家保羅·戈德史密斯向《科學新聞》雜志介紹,一種可能的解釋是:“馬卡良231”經歷了比獵戶座星云更強大的氧氣形成過程。“馬卡良231”是一個高產的恒星工廠,產生新恒星的速度是銀河系的100倍,每年噴出氣體的總質量為700個太陽質量,來自星系中心高速旋轉的氣體可能會撞進星系盤內的氣體中,將水冰從塵埃顆粒上剝離,從而形成氧氣。反過來,氧氣也使該星系保持活躍:分子發出的輻射有助氣體冷卻,使其中一些氣體更容易塌縮并在星系內產生更多新恒星。

  氧氣含量遠低于預期仍是未解之謎

  李菂強調說:“搜尋星際分子,特別是氧氣這種對于天體生命學和星際物質演化至關重要的分子,是射電天文學的重要前沿。在接近半個世紀的空間射電分子搜索歷程中,迄今僅有的幾次成功探測都在銀河系以內。”

  李菂解釋道,由于地球大氣會吸收氧氣,因此,地面上無法觀測銀河系內的任何氧氣,所以,對于銀河系內的氧氣搜尋都用空間望遠鏡來進行,本世紀初,終于有3臺空間望遠鏡在銀河系內的恒星形成區內探測到了極微弱的氧氣信號。

  王均智表示,銀河系外星系中的氧氣發出的信號,在具有一定紅移的前提下,由于多普勒效應,可以穿透地球大氣,進而通過地面大型望遠鏡設備進行探測。

  他進一步解釋道:“但由于這些氧氣信號十分微弱,從上個世紀八十年代開始,有多個小組進行嘗試,最終都空手而回。近二十年來,隨著天文探測等技術的進步以及新望遠鏡設備的建成,我們可以探測到比上個世紀弱十倍以上的信號,同時,我們還通過分析,選擇了可能導致氧氣豐度增加的星系‘馬卡良231’,結果成功探測到氧氣。”

  王均智表示:“此項研究為利用氧氣的觀測進行核區劇烈活動對宿主星系的反饋研究打開了一扇新窗口。”

  李菂最后指出:“氧氣在星際空間的含量為何普遍遠低于預期仍是未解之謎,有待科學家們進一步探索。”

打印 責任編輯:侯茜

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