類星體是由位於大質量星系中心的超大質量黑洞驅動的緊密區域。類星體的亮度極高，外觀呈點狀，與恆星相似，距離地球非常遙遠。由於它們的距離和亮度，人們可以窺探到宇宙早期的狀況，當時宇宙的年齡還不到10 億歲。

類星體研究取得突破

由北海道大學的德拉甘-薩拉克（Dragan Salak）助理教授、筑波大學的橋本拓也（Takuy​​a Hashimoto）助理教授和早稻田大學的井上明夫（Akio Inoue）教授領導的研究小組首次發現了宇宙早期類星體宿主星系中的分子氣體外流抑制恆星形成的證據。他們利用智利阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）進行的觀測結果發表在《天文物理學報》上。

從類星體J2054-0005 噴出的分子氣體的藝術印象。資料來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

分子氣體在星系中的作用

分子氣體對恆星的形成至關重要。作為恆星形成的主要燃料，星系內無所不在的高濃度分子氣體會導致大量恆星的形成。分子外流將這些氣體噴射到星系際空間的速度快於恆星形成所消耗的速度，從而有效地抑制了類星體所在星系中恆星的形成。

薩拉克解釋說：「理論研究表明，分子氣體外流從早期就在星系的形成和演化過程中發揮重要作用，因為它們可以調節恆星的形成。類星體是能量特別高的來源，因此我們預期它們可能會產生強大的外流”。

一組正在觀測夜空的ALMA 12 公尺天線。本研究使用12 公尺天線進行觀測。來源：ESO/Y.Beletsky

發現分子氣體外流

研究人員觀測到的類星體J2054-0005 具有非常高的紅移–它和地球之間的移動速度顯然非常快。橋本說：”J2054-0005 是遙遠宇宙中最亮的類星體之一，因此我們決定把這個天體作為研究強大外流的絕佳候選天體。研究人員利用ALMA 觀測了類星體的分子氣體外流。世界上唯一具有探測早期宇宙中分子氣體外流的靈敏度和頻率覆蓋範圍的望遠鏡，ALMA 是這項研究的關鍵。”

談到研究中使用的方法，Salak 評論道：”外流分子（OH）氣體是透過吸收發現的。這意味著我們觀測到的微波輻射並非直接來自OH分子；相反，我們觀測到的輻射來自明亮的類星體–吸收意味著OH分子恰好吸收了類星體的部分輻射。因此，這就像是通過看到氣體在光源前投下的’影子’來揭示氣體的存在”。

類星體流出的分子氣體包括羥基（OH）（上圖）。由於分子氣體向觀測者方向移動，吸收光譜中的羥基峰（底部，藍色虛線）出現在較短的波長上（藍色實線），這種現象稱為多普勒效應。資料來源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），修改自Dragan Salak 等人，《天文物理學雜誌》。2024 年2 月1 日

對星系演化的影響

這項研究的發現首次有力地證明了類星體宿主星系存在強大的分子氣體外流，並對早期宇宙時代的星系演化產生影響。”分子氣體是星系的重要組成部分，因為它是恆星形成的燃料，”Salak 總結道。”我們的研究結果表明，類星體能夠透過將分子氣體噴射到星系際空間來抑制其宿主星系中恆星的形成。”

編譯來源：ScitechDaily