FAST的“小”發現

席金合

2022年，中國科學院國家天文臺徐聰研究員領導的國際團隊利用FAST對著名的致密星系群斯蒂芬五重星系及周圍天區的氫原子氣體進行了成像觀測，發現了一個尺度大約是200萬光年的巨大原子氣體系統。它的直徑約為銀河系的20倍！

斯蒂芬五重星系周圍的氫原子氣體分布（中間紅色光暈部分）

科學家們為什么選擇從研究氫原子氣體入手呢？一方面是充分利用了FAST對中性氫21厘米譜線輻射具有高靈敏度的觀測優勢；另一方面，氫原子氣體是了解星系演化的重要“物證”。氫是宇宙中誕生的第一種元素，也是豐度最高的元素，可以說，宇宙中所有天體的起源都離不開氫原子氣體的參與。在星系碰撞合并的過程中，拋射出來的氫原子氣體彌漫到星系團各個區域，科學家可據此反推星系演化的歷史模型。

豐度是指一種化學元素在某個自然體中的重量占這個自然體總重量的相對份額，常用百分比表示，例如我們可以說某顆恒星的氫元素豐度為71%

1877年，法國天文學家愛德華·斯蒂芬首次發現了斯蒂芬五重星系。從此，人們一直關注著它。而這次發現的原子氣體系統，很可能與斯蒂芬五重星系早期形成時星系間復雜的相互作用有關，已經存在了大約10億年。盡管它占據的宇宙空間極大，但內部物質卻十分稀薄，可以說是一個沒有多少分量的龐然大物。斯蒂芬五重星系距離地球2.8億光年，FAST看到的是它2.8億年前的樣貌。專家認為，這是人類迄今探測到的最大的原子氣體結構，并由此猜想，宇宙中可能存在更多這種大尺度的原子氣體結構。

觀測宇宙中的氣體，是天體物理中一個非常重要的研究課題?？茖W家們普遍認為，宇宙中所有天體的起源都離不開原子氣體，例如星系主要的演化過程就是不斷吸收散布在宇宙空間的原子氣體，最終轉化為一個個龐大的可見實體。FAST能夠探測到遠離星系中心的極其稀薄的原子氣體所發出的微弱輻射，為研究天體的起源打開了一個嶄新的窗口。

FAST的這一“小”發現，對星系及其氣體的演化研究提出了“大”挑戰，因為現有理論很難解釋為什么在如此漫長的時間里，這些稀薄的原子氣體沒有被宇宙空間中的紫外背景輻射電離?？茖W家們之前一直認為，不管是固體星球還是氣體星球，最早都是由無數原子組成的龐大氣團，后來在強烈的宇宙射線輻射下，原子變成了帶有不同電性的微粒，也就是離子。帶正電的離子與帶負電的離子相互吸引，結合成分子，分子再凝聚起來，形成一個個極其龐大的天體，大量天體進而組成恒星群，并圍繞一個中心不停地旋轉，就像我們所在的銀河系一樣。

這個未解之謎給科學家的后續研究找到了一個新突破口?！傲w宇宙之無窮”，上下求索的過程總是充滿懸念，讓人無比期待！

棒旋星系銀河系