通過一項利用來自地面和天空望遠鏡的數據的研究，一個困擾天文學家在紅外線下工作的問題已經得到解決。該研究結果於4月20日發表在《自然-天文學》上，可以幫助利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡等儀器對宇宙的構成進行更精確的觀測。

用紅外和光學望遠鏡對矮星系Markarian 71進行觀測，解決了紅外天文學中的一個問題，可以更好地測量星系和星際塵埃雲的組成。來自哈勃太空望遠鏡的Markarian 71的綜合圖像。資料來源：哈勃太空望遠鏡/NASA

加州大學戴維斯分校物理和天文學系塔克-瓊斯教授的博士後研究員陳宇光說：”我們正試圖測量星系內部的氣體組成。”

除了氫、氦和鋰之外的大多數元素都是在恆星內部形成的。因此，天文學家可以通過研究較重元素的組成和分佈，特別是氧與氫的比例，來了解一個遙遠的天體中正在形成多少和哪些種類的恆星。

天文學家使用兩種方法來測量星系中的氧氣，但不幸的是，它們給出了不同的結果。陳說，一種常見的方法，即碰撞激發線，給出一個強烈的信號，但結果被認為對溫度變化很敏感。第二種方法使用一組不同的線，稱為重組線，它更暗，但不被認為會受到溫度的影響。

重組線方法持續產生的測量結果是碰撞激發線的兩倍。陳說，科學家們將這種差異歸因於氣體雲中的溫度波動，但這並沒有被直接證明。

Chen、Jones及其同事使用光學和紅外天文學來測量距地球約1100萬光年的矮星系Markarian 71的氧氣豐度。他們使用了最近退役的SOFIA飛行望遠鏡和退役的赫歇爾空間天文台的存檔數據，以及用夏威夷茂納克亞的WM Keck天文台的望遠鏡進行觀測。

SOFIA（平流層紅外天文觀測站）是一個安裝在波音747飛機上的望遠鏡（已退役）。通過在38000到45000英尺的高空飛行，飛機可以飛到地球大氣層中99%的水蒸氣之上，這些水蒸氣有效地阻止了來自深空的紅外光到達地面。作為美國宇航局和德國航天局的一個聯合項目，SOFIA在2022年9月進行了最後一次運作飛行，現在正前往圖森的博物館展出。

以天文學家威廉-赫歇爾和卡羅琳-赫歇爾命名的赫歇爾空間天文台，是由歐洲航天局運營的紅外空間望遠鏡。它從2009年到2013年一直在活動。

利用來自這些儀器的數據，Chen和Jones檢查了Markarian 71中的氧氣豐度，同時對溫度波動進行了修正。他們發現，即使消除了溫度的影響，來自碰撞激發紅外線的結果仍然比重組線方法的結果少50%。

陳說：”這個結果對我們來說是非常令人驚訝的，對這種差異的解釋還沒有達成共識。”該團隊計劃研究更多的天體，以弄清星系的哪些屬性與這種變化相關。

2022年發射的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的目標之一是對宇宙最初十億年中遙遠星系的構成進行紅外觀測。新的結果為利用JWST和智利的阿塔卡馬大型毫米陣列進行這些測量提供了一個框架。