我院教师参与揭示星系外气体进入星系的详细过程
为理解星系形成演化迈出重要一步
由中国科学家领衔的一支国际团队通过全波段数据，直接探测到早期宇宙中星系周围气体进入星系的详细过程，证实了重元素丰度较高的“循环内流”是驱动星系恒星形成的关键，为理解星系“生态系统”及星系演化迈出重要一步。相关研究成果以长文形式于5月5日在线发表于《科学》，清华大学博士生张世武和蔡峥教授为共同第一作者，蔡峥教授为项目PI、通讯作者，论文合作者包含了来自中国的9家单位以及来自日本、德国和美国的10家单位，总计22位科学家，广州大学物理与材料科学学院窦立明博士参与了其中的X射线观测和数据分析工作。
大质量星系恒星形成之谜
星系吸积星系外气体，形成恒星的详细过程是当前和未来天文学研究的热点。理论认为，对于一般大质量星系而言，由于其本身巨大的引力势能导致物质在塌缩过程中被激波加热，使得流入星系的气体具有很高的温度，无法有效冷却，从而不能顺利聚在一起、形成恒星。然而，这一理论与新的观测相悖，因为在非常早期的宇宙中，已经发现一些大质量星系存在着剧烈的恒星形成。这也就意味着，人们还没有充分理解气体流入星系的详细过程，流入的气体如何驱动恒星形成过程也尚未被揭示。
对气体流入星系过程进行的直接成像
为了解开这一谜题，由清华大学领衔的国际天文团队，利用世界上最大的光学望远镜—“凯克”对距今110亿年的一个巨大的气体星云进行了观测。利用先进的成像光谱仪—“宇宙网成像器”，团队成功探测到了星系周围气体的氢元素、以及多种重元素辐射并进一步估计出重元素的大尺度空间分布。这意味着在宇宙早期，星系周围气体已经富含重元素。进一步的光谱和数值模拟分析发现，这些富含重元素的电离气体极为可能是早先被星系中心的活动星系核喷射到星系周围，通过复合辐射、禁戒跃迁辐射等过程冷却下来，在引力和环境角动量共同作用下，重新回流入星系，形成“循环冷气体流”。运动学建模进一步表明，循环气体流是朝星系流入的，可以促进和维持恒星形成活动。
本次发现对星系如何与环境进行物质交换进行了清晰的成像。表明富含重元素的循环气体流可以驱动星系中剧烈的恒星形成活动。该发现为理解星系生态系统、星系形成和演化迈出了关键的一步。未来，结合更大口径或更大视场的光谱巡天望远镜，人们有望揭示星系中恒星形成的全貌。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj9192
