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3900光年长的氢丝 :天文学家发现银河系中结构Maggie

2022-01-23 09:49 · 稿源: cnbeta

大约138亿年前,我们的宇宙在一次巨大的爆炸中诞生,由此产生了第一批亚原子粒子和我们所知的物理定律。大约37万年后,氢形成了,这是恒星的组成部分,恒星在其内部融合氢和氦进而创造出所有较重的元素。

虽然氢仍是宇宙中最普遍的元素,但在星际介质(ISM)中检测单个的氢气云可能非常困难。

这使得研究恒星形成的早期阶段变得很困难,这将提供有关星系和宇宙进化的线索。由马克斯-普朗克天文研究所(MPIA)的天文学家领导的一个国际小组最近注意到我们银河系中的一个巨大的原子氢气丝。这个结构被命名为Maggie,位于约55000光年之外(在银河系的另一边),这是我们银河系中迄今为止观察到的最长的结构之一。

相关研究报告已发表在《Astonomy Astrophysics》上。据悉,这项研究由MPIA的博士生Jonas Syed领导。与他一起工作的还有来自维也纳大学、哈佛-史密森天体物理学中心(CfA)、马克斯-普朗克射电天文研究所(MPIFR)、卡尔加里大学、海德堡大学、天体物理学和行星科学中心、阿吉兰德天文学研究所、印度科学研究所和美国宇航局喷气推进实验(JPL)的研究人员。

这项研究基于HI/OH/Recombination line survey of the Milky Way(THOR)获得的数据展开。THOR是一个依靠新墨西哥州卡尔-G-扬斯基甚大天线阵(VLA)的观测计划。这个项目利用VLA的厘米波无线电天线研究分子云的形成、原子氢向分子氢的转化、星系的磁场及其他与ISM和恒星形成有关的问题。

最终目的是确定两种最常见的氢同位素是如何汇聚到一起并形成密集的云层,从而形成新的恒星。这些同位素包括原子氢(H)--由一个质子、一个电子和没有中子组成--以及分子氢(H2),由两个氢原子通过共价键连接在一起组成。只有后者凝结成相对紧凑的云,进而将发展出结霜的区域并最终出现新的恒星。

原子氢如何过渡到分子氢的过程在很大程度上仍是未知的,这使得这个超长的丝状物成为一个特别令人兴奋的发现。已知最大的分子气体云的长度通常为800光年左右,然而Maggie的长度却有3900光年,宽度为130光年。正如Syed在MPIA最近的一份新闻稿中说的那样:“这个丝状物的位置促成了这一成功。我们还不知道它到底是如何到达那里的。但这个丝状物在银河系平面下延伸了约1600光年。观测还使我们能够确定氢气的速度。这使我们能够表明,沿着灯丝的速度几乎没有差别。”

研究小组的分析表明,丝状物中的物质的平均速度为54Km/s-1,他们主要通过测量其跟银河系盘的旋转来确定。这意味着波长为21厘米的辐射(又称“氢线”)在宇宙背景下是可见的从而使该结构清晰可辨。“观测还使我们能够确定氢气的速度,”THOR的负责人和该研究的共同作者Henrik Beuther说道,“这使我们能够表明,沿着灯丝的速度几乎没有差别。”

由此,研究人员得出结论,Maggie是一个连贯的结构。这些发现证实了维也纳大学的天体物理学家、该论文的共同作者Juan D. Soler一年前的观察。当他观察到这根丝状物时,他以他的家乡哥伦比亚最长的河流命名:Río Magdalena(英译:Margaret或 Maggie)。虽然在Soler早期对THOR数据的评估中,Maggie是可以识别的,但只有目前的研究毫无疑问地证明了它是一个连贯的结构。

根据以前发表的数据,研究小组还估计,按质量分数计算,Maggie含有8%的分子氢。经过仔细检查,研究小组注意到,气体在沿着丝状物的不同位置汇聚,这使他们得出结论,氢气在这些位置积聚成大型云团。他们进一步推测,原子气体在这些环境中会逐渐凝结成分子形式。

“然而许多问题仍未得到解答,”Syed补充道,“我们希望能给我们提供更多关于分子气体部分的线索的更多数据已经在等待分析了。”幸运的是,几个天基和地基观测站将很快投入使用,这些望远镜将在未来被配备来研究这些丝状物。这些包括詹姆斯-韦伯太空望远镜和像平方公里阵列这样的无线电勘测,这将使我们得以看到宇宙最早期的时期和我们宇宙中的第一批恒星。

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