星系用兩種方式顯示氣體成分

恆星誕生在巨大冷氣體雲中,這些氣體又叫「分子氣體」,因為它是由分子而不是單一原子組成的,譬如像是「氫分子H2」(兩個氫原子串在一起)、「一氧化碳分子CO」(由一個碳原子和一個氧原子構成)。要偵測氫分子很難,不過,一氧化碳分子,會在毫米波段發出輻射,所以用ALMA就正好可以觀測得到。

ALMA能觀測分子氣體的條件是它的濃度必須夠高。如果氣體太稀薄,發不出足夠的毫米波輻射, ALMA也沒辦法偵測。然而偵測分子氣體是否存在,還有第二種方法。如果氣體雲的位置是在明亮天體和我們的中間,那麼氣體雲會吸收一些毫米波段的光線,所吸收光線的波長非常特定。這麼一來,氣體雲即使非常稀薄,也會透露出自己的存在。

天文學家使用這兩種技術,得到驚人新發現,他們使用ALMA來研究一個叫做 PKS0439_008_04的遙遠星系(我們先叫它「普通遠」星系),發現在整個星系裡,只要是分子氣體相對比較濃密的地方,就能偵測到一氧化碳在毫米波段的輻射。這是結果的第一部分。

研究還有另外一半結果,因為天文學家同時也研究了比這普通遠星系更遙遠的另一個星系(在分類上,那還是個屬於叫做「類星體」的星系),這個更遙遠星系的位置,看起來剛好在普通遠星系的可見邊緣再外面一點。結果發現這個類星體發出的光在特定波段被吸收。很明顯,在普通遠星系外圍有許多瀰散分子氣體,只是太稀薄,發出的毫米波不夠讓ALMA偵測得到。然而,藉它背後的更遙遠(類星體)星系,分子氣體可以用「吸收光譜」這種「指紋」來顯示出自己的存在。

很久以後,環繞在普通遠星系外的瀰散氣體可能會向中心回落,可以引發新一波恆星形成。不過那可能要等幾十億年以後了。


 

發現了什麼?

PKS0439_008_04星系,位在南方天空中的「雕具星座」,距離我們14億光年。它看起來好像就在一個編號叫做PKS0439–433的天體旁邊,實際上,PKS0439–433距離更遙遠,和地球距離73億光年,是個所謂的「類星體」,這種星系有著特別亮的星系核心,令它超級明亮的原因是在它中心有個超大質量黑洞供應能量。儘管位於前景的PKS0439_008_04星系看起來不像剛好位在背景類星體的前面,但類星體的一部分光,的確被屬於前景星系的瀰漫分子氣體吸收。

誰發現的?

由美國、德國、印度、丹麥、瑞士、澳大利亞許多成員共組的國際團隊共同完成了ALMA這次對星系和類星體的觀測。團隊主導者是加州大學聖克魯茲分校的利克天文臺的Marcel Neeleman。這個成果發表在《天文物理期刊通訊》上,那是一本供天文學術界專業人士閱讀的刊物。