距離地球最近的類星體中,首度探測到銀河系外的氧分子

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 22 日 9:27 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


氧是宇宙中僅次於氫和氦的第三常見元素,因此天文學家曾認為,氧分子在星際空間應該也很常見,然而事實是,沒人在銀河系外找到氧分子過,直到現在——一個國際團隊終於在距離地球最近的類星體「馬克仁 231」中,首度探測到銀河系外氧分子。

身為宇宙第三大豐富元素、還是地球生命依歸,氧分子是我們在探索太陽系外世界時一大重點,科學家相信其豐度應該很高,然而在近半個世紀的搜索工作中,科學家在毫米波段下一次又一次檢測、分析光譜以尋找特定分子的吸收或發射譜線,發現了一些含氧分子如:一氧化碳(CO)、羥基(OH)、水(H 2 O)等,就是找不到最簡單純粹的氧分子(O2)。

迄今為止,我們僅成功探測到 3 次氧分子,且均在銀河系內的恆星形成區,這些結果顯示,宇宙中氧氣豐度遠低於之前化學模型的預期,原因還是待解之謎。

直到現在,由中國科學院上海天文台領導的國際團隊,利用位於西班牙的 IRAM 30 米望遠鏡觀測距離我們最近的類星體「馬克仁 231(Markarian 231、UGC 8058)」,成功在 2.25 毫米處探測到氧氣分子的輻射。

論文第一作者、上海天文台研究員王均智指出,團隊接著進一步利用 IRAM NOEMA 毫米波干涉儀對 Mrk 231 進行成像,結果表明,氧氣的發射主要出現在距離星系中心約 32,600 光年遠的區域。

Mrk 231 類星體距離地球約 5.6 億光年遠,屬於第一型西佛星系,也已被證明是強大的活躍星系核,天文學家認為該星系中心很可能藏有雙黑洞,一個質量為太陽 1.5 億倍,另一個伴黑洞質量則為太陽 400 萬倍。

此外,研究團隊再仔細分析氧氣發射線,發現單位體積內氧氣分子的數量達到氫分子的萬分之一以上;作為對比,銀河系內獵戶座星雲的氧氣發射區域,單位體積內氧氣數量僅為氫分子的百萬分之一。

▲ 利用 IRAM 30 米望遠鏡在 Mrk 231 中探測到的氧氣 118.75GHz 發射線譜。(Source:中國科學院上海天文台

為什麼 Mrk 231 有這麼多氧氣?一種可能解釋是 Mrk 231 經歷劇烈的製氧過程。NASA 噴射推進實驗室天文學家 Paul Goldsmith 解釋,這個星系是一個多產的恆星工廠,它產生新恆星的速度是銀河系 100 倍,每年噴出 700 倍太陽質量的氣體,這些來自銀河系中心的高速氣體可能會撞擊磁盤氣體,從塵埃顆粒中搖晃水冰從而形成分子氧。

反過來,氧氣又可能是分子氣體的重要冷卻劑,可以幫助星系保持活躍:氧分子發出的輻射有助於冷卻其他氣體,從而使後者瓦解形成更多新恆星。

此外,由於地球大氣會吸收氧氣,因此銀河系內的氧氣無法透過地面望遠鏡觀測,需利用太空望遠鏡;但位於銀河系外的氧氣卻有機會透過地面望遠鏡探測到,這為其他更大型的地面毫米波陣列望遠鏡如 ALMA、IRAM 30 米望遠鏡等帶來曙光。

新論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

(首圖來源:pixabay

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