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    云南天文臺獲得高紅移亞毫米波星系的星際介質(zhì)和恒星形成性質(zhì)

    云南天文臺獲得高紅移亞毫米波星系的星際介質(zhì)和恒星形成性質(zhì)

      亞毫米波星系是一類在小于1毫米波段觀測發(fā)現(xiàn)的高紅移星系,通常具有很高的恒星形成率。近期,中國科學院云南天文臺麗江天文觀測站趙應和研究員與國內(nèi)外合作者利用大型(亞)毫米波望遠鏡ALMA的觀測數(shù)據(jù),對紅移z 4.755的亞毫米波星系——LESS 073中的一氧化碳中階轉(zhuǎn)動發(fā)射線(能級J從7到6,記作J 7-6)進行了細致研究,獲得了其中的星際介質(zhì)和恒星形成性質(zhì)。該研究成果于4月7日在《天體物理學雜志》(The Astrophysical Journal)上發(fā)表。

      恒星形成是星系演化最基本的驅(qū)動力之一,然而對于那些距離我們很遙遠的天體,要想準確獲得它們的恒星形成性質(zhì)通常很困難,需要耗費非常多的資源。因此,該團隊于2015年提出,可以利用不同原子、離子和分子氣體在亞毫米波段的發(fā)射線,來高效率地測量宇宙早期星系中的恒星形成性質(zhì)(包括氣體轉(zhuǎn)化成恒星的速率,即恒星形成率SFR)。也就是利用這些譜線強度及它們相互之間的比值與SFR、遠紅外塵埃連續(xù)譜顏色(即60微米和100微米之間的強度比值,記作f60/f100)、總氣體質(zhì)量等之間的相關性。

      該項工作正是基于這一方法,通過觀測紅移z 4.755(即位于現(xiàn)在宇宙年齡的1/11處)的天體LESS 073中的一氧化碳J=7-6發(fā)射(波長約370微米;見圖1),結合文獻中給出的碳離子[CII]158微米、氮離子[NII]205微米發(fā)射線強度,得到LESS 073在紅外波段發(fā)出的總光度約為太陽光度的6萬億倍,塵埃溫度約為58開爾文(約-215攝氏度),SFR約為每年760個太陽質(zhì)量,總分子氣體質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的330億倍,這意味著按照當前的SFR,其中的氣體將在4300萬年內(nèi)消耗完。

      另外,根據(jù)近鄰星系中上述譜線比值與f60/f100之間的相關性,研究人員推測出LESS 073中f60/f100約為0.9,這表明其中的恒星形成活動非常劇烈,因為這需要足夠的來自大質(zhì)量年輕恒星發(fā)出的紫外光子來加熱塵埃。而且,該數(shù)值與通過擬合其紅外譜能量分布得到的結果非常一致,證明該團隊2015年提出的方法是一種實用而且高效的方法。

      最后,通過比較近鄰和高紅移星系中的一氧化碳J 7-6發(fā)射(圖2),研究人員還發(fā)現(xiàn)LESS 073中一氧化碳的激發(fā)非常高,且與恒星形成無關的激波對激發(fā)一氧化碳發(fā)射應該有一定的貢獻,從另一方面說明一氧化碳J 7-6發(fā)射可能不適用于測量這類天體中的SFR。

      該項工作得到了科技部重點研發(fā)基金、國家自然科學基金的支持。

      論文鏈接

    圖1:(a)一氧化碳J 7-6發(fā)射。

    圖2:不同紅移星系中一氧化碳J 7-6發(fā)射與遠紅外光度的關系。

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