科学家在两个极其古老的星系中发现破纪录的分子集合

独孤一山隙

诺玛射电望远镜阵列探测到了遥远宇宙中的分子。(图片来源:Image娱乐时报)

（）据美国太空网（基思·库珀）：一个分子宝库在两个星系中被发现，我们看到它们是在120亿年前，揭示了关于古老领域如何形成恒星的信息。

其中一个遥远的星系APM 08279+5255是一个类星体的所在地——一个在其核心吞噬大量气体的活跃超大质量黑洞——而另一个星系NCv1.143是一个更“正常”的星系。然而，这两者都被认为正在以惊人的速度形成恒星，比银河系目前产生的恒星多几百倍。

这两个星系是天文学家利用法国的北方扩展毫米阵列NOEMA瞄准的。诺玛能够探测毫米和亚毫米无线电波。令人着迷的是，由瑞典查尔姆斯理工大学的杨领导的研究小组在这两个星系中探测到了多达13种不同分子的辐射。

杨在一份新闻声明中说:“我们看到了在附近星系很难观察到的电磁波谱的一部分。”。“但由于宇宙的膨胀，来自像这样遥远星系的光被转移到更长的波长，我们可以用射电望远镜在亚毫米[波长]观测。”

这一发现形成了有史以来在如此极端距离的星系中检测到的最大分子集合(这些星系现在距离我们大约200亿光年，并且由于宇宙膨胀而变得更远)。

在检测到的13种不同类型的分子中，有一氧化碳、一硫化碳、氰基(氰基是一种在其组成原子的外壳中含有不成对电子的分子)、甲酰阳离子(阳离子是带正电荷的离子)、氰化氢、异氰氢、一氧化氮和水。杨的团队还检测到了五种在早期宇宙中从未见过的分子:环丙烯(一种在土星卫星泰坦上也发现的高活性有机分子)，二氮烯(由分子氮和一个氢离子形成)，有机分子乙炔基的自由基，水合氢离子(由一个水分子和一个氢离子形成)和甲基的自由基(一种高活性有机分子)。



艺术家对遥远类星体APM 08279+5255中探测到的各种分子的印象。(图片鸣谢:美国国家航空航天局/欧空局/W. P .马克西姆(CfA)/Jmol/R. Cumming)

所有这些分子都普遍存在于我们银河系的星际气体中，每个分子都提供了它们所处环境的线索——我们看到在这个环境中形成了许多恒星。

“我们知道这些星系是巨大的恒星工厂，也许是宇宙有史以来最大的，”杨说。

研究小组还发现，APM 08279+5255中的类星体包含更多受激分子气体，其温度和密度高于整个NCv1.143，这可能是类星体黑洞周围活动的结果。它的分子丰度类似于现代宇宙中有活跃黑洞的星系。类似地，NCv1.143的分子清单类似于本地星爆星系，它们只是产生大量恒星的星系，如大熊星座中的雪茄星系(Messier 82)。看起来这些类型的星系的化学成分在120亿年前就已经存在了。

但并非一切都是一样的。一些分子(如二氧化碳)的排放强度，加上两个星系的恒星形成气体中的极端条件，表明了所谓的“头重脚轻的初始质量函数”初始质量函数(IMF)描述了给定质量的恒星能够形成多少颗，低质量恒星比高质量恒星更常见。头重脚轻的IMF意味着早期宇宙中能够形成的大质量恒星比今天能够形成的要多。这不仅可以解释为什么詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到的早期宇宙中的星系比预期的更亮——它们包含更大质量、更亮的恒星——而且还表明，作为超新星爆发的更大质量恒星的存在将加速这些星系中化学的发展，在太空中分布重元素。

“早期宇宙中最引人注目的星系终于能够通过它们的分子讲述它们的故事，”合著者、法国索邦大学的皮埃尔·考克斯说。

这项发现发表在12月14日的《天文学和天体物理学》杂志上。