哈勃空間望遠鏡發(fā)現121億光年萊曼電離光子逃逸星系

宇宙再電離時(shí)期發(fā)生在約130億年前，涉及宇宙中第一代天體的誕生和整體宇宙的最后一次重大相變。在這個(gè)過(guò)程中，宇宙中最豐富的元素氫在整體中性氫的環(huán)境里，在第一代恒星、星系和黑洞所產(chǎn)生的紫外光子的電離作用下，變成了整體電離氫。因此，對于宇宙再電離時(shí)期的研究是當前天文學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一，正在飛向目的軌道的韋布(JWST)空間望遠鏡和下一代平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)都已將宇宙再電離納入核心科學(xué)目標。

然而，由于星系際介質(zhì)的吸收以及流量信號隨距離增加而減弱的效應，科學(xué)家無(wú)法直接觀(guān)測到宇宙再電離時(shí)期星系所產(chǎn)生的萊曼電離光子對周?chē)行詺溥M(jìn)行電離的過(guò)程。因此，在星系的萊曼電離光子逃逸問(wèn)題上，僅局限于對中低紅移處(紅移4以下)的十多例具有萊曼電離光子逃逸的星系樣本的研究。這些研究需要深度的紫外觀(guān)測數據以獲取紅移后的萊曼電離光子(靜止坐標系波長(cháng)在912埃以下)的探測信號，來(lái)計算星系對中性氫的電離能力，從而理解宇宙再電離過(guò)程。

此次研究中，研究人員利用空間紫外深場(chǎng)數據，對一批具有強發(fā)射線(xiàn)的星系進(jìn)行了系統搜索，并發(fā)現其中一個(gè)星系——CDFS-6664在哈勃紫外深場(chǎng)圖像上具有信噪比超過(guò)5的探測。根據該星系的紅移可知，該信號來(lái)自萊曼電離光子的輻射，這說(shuō)明該星系極有可能具有萊曼電離光子逃逸現象。論文第一作者、上海天文臺副研究員袁方婷介紹：“我們通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現，該星系的譜線(xiàn)形狀和光譜能量分布均符合萊曼電離光子逃逸星系的特征，還發(fā)現該星系周?chē)h(huán)境比較特殊，其附近存在的類(lèi)星體等電離源極有可能對視線(xiàn)方向上的中性吸收體進(jìn)行了電離，使得該星系的萊曼電離光子比其他星系更容易被我們觀(guān)測到。綜合這些證據，我們認為該星系屬于現有觀(guān)測中罕見(jiàn)的高紅移萊曼電離光子逃逸星系。”

此項工作主要基于哈勃空間望遠鏡的紫外深場(chǎng)HDUV數據。論文合作者、上海天文臺研究員鄭振亞表示，該工作進(jìn)一步確認了空間紫外深場(chǎng)的研究?jì)r(jià)值。(袁方婷)(據上海天文臺官網(wǎng))

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