ALMA阵列射电望远镜助力揭开早期宇宙中重元素起源之谜

清华大学天文系教授蔡峥课题组通过观测发现，大质量星体的反馈作用对于早期宇宙重元素起源的影响力，比之前普遍认知的大得多。相关研究9月27日发表于《自然—天文学》。

　　蔡峥告诉《中国科学报》，宇宙中，绝大部分物质不在星系里，而在星系间。这部分弥散在星系之间广袤空间里的物质被称为星系际介质。

　　天文学家从距离大爆炸仅10亿年的宇宙中确认了星系际介质中已存在较重的元素。

　　这些早期宇宙中的重元素究竟从何而来？目前科学界比较公认的理论认为小质量星系的活动似乎是星际介质重元素起源的原因。但小质量星系本身亮度低，且可能被尘埃所遮蔽，传统光学观测不能有效支持上述理论。

　　蔡峥课题组将观测手段转向了射电观测。他们利用国际上最大的射电望远镜——ALMA阵列，观测到宇宙早期某颗类星体所发射的光束，在途经距离地球125亿光年外的宇宙某区域时，出现了比较明显的氧吸收现象，导致课题组观测到的宇宙早期中性氧吸收线出现明显折叠。“这说明该片区域存在一个较强的氧元素吸收体，而该吸收体中存在的氧元素，便是周围星系通过自身的反馈作用‘抛’入宇宙中，进而富集于此的。”蔡峥说。

　　在进行数据分析和处理后，团队发现一个位于这些宇宙早期星际介质中氧元素附近的候选星系，该星系与氧吸收体的距离约6万光年。这一发现表明，大质量星系的反馈作用可能比之前认为的重要。

　　在进一步的观测中，课题组将该星系与理论上的数值模拟进行对比，并发现该候选星系的质量比通过现有理论预言的质量重1~2个数量级，且该星系与其吸收体的距离也超出理论预测1个量级。

　　“这清晰地表明，宇宙早期星际介质中的重元素，也许并不全部起源于小质量星系的活动，大质量星系的贡献很可能比先前科学界所认为的重要得多。”蔡峥说，该研究对于目前科学界通行的星系反馈和大质量星系形成的理论构成了一定的挑战，对于理解大质量星系的形成与演化有关键意义。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-021-01471-4