周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏 周三 · 太空探索 |周四 · 观测指南 周五 · 深空探测 |周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象 翻译：阿甘 校译：王雨阳 编排：苏奕月 后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 原文链接（有删减）：https://alma-telescope.jp/news/aspecs-202009 星系当中群星璀璨，而这些璀璨的恒星是分子云受引力影响聚集到一起所诞生的。也就是说，分子云是恒星诞生所需要的原材料，所以通过对它们的研究，我们便能够逐步解答＂星系中的恒星是如何诞生的？＂，＂ 现在的宇宙是如何形成的？＂这类问题。 由于分子云会放射出无线电波，所以我们使用射电望远镜对它们进行观测。从望远镜灵敏度方面来考虑，一次性观测大量星系难以保证精度，所以一般会通过可见光观测等事先筛选作为观测对象的星系，然后一个一个地对它们进行研究。但是，这种方法会使样本偏好特别亮或者分子气体较多的星系，从而影响研究结论。 广岛大学稻见华惠助理教授等人的研究团队，使用高精度的ALMA望远镜挑战了这个问题。他们提出了研究项目ASPECS（The ALMA SPECtroscopic Survey in the Hubble Ultra-Deep Field），将哈勃太空望远镜重点观测的＂哈勃极深场＂（HUDF）进行了大范围的观测，且事先没有进行星系的筛选，对哈勃极深场中所包含的全部星系进行了研究。 ALMA望远镜主要检测了星系中含有的一氧化碳分子释放的无线电波。通过详细测量检测出的一氧化碳分子气体的无线电波波长，可以求出红移，并估算出天体的距离。由此可以确定哈勃极深场内星系在三维空间中的分布。本次研究重点聚焦于100亿年前的宇宙(红移1.5)中的星系上，因为这一时期是宇宙中恒星诞生最活跃的时期。由于这次没有事先进行目标筛选，在此前科学家认为不含大量分子云和尘埃的星系中也观测到了分子云和尘埃。同时，科学家也发现在恒星诞生活跃的星系中，分子云的总质量有恒星总质量的十倍之多。在现在的宇宙中，星系中恒星的质量占比更大，相较之下处于恒星诞生活跃期的星系含有的分子云可以说是非常多了。 哈勃太空望远镜（左）和ALMA望远镜（右）观测到的哈勃极深场。哈勃太空望远镜主要捕捉来自恒星的光，ALMA望远镜主要捕捉来自星系中一氧化碳分子气体的无线电波。 图片来源: STScI, Gonzalez-Lopez et al. 2020 在ALMA望远镜波段3（观测波长2.6 ~ 3.6mm）和波段6（观测波长1.1 ~ 1.4mm）中观测到的哈勃极深场。通过计算红移，可以捕捉到星系在三维空间中的分布。 图片来源: Decarli et al. 2019, Aravena et al. 2019, 2020 该研究团队使用欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）的观测数据，配合ALMA望远镜的数据进行分析，研究了恒星数量较少且恒星诞生不再活跃的星系中含有的分子云。即使该星系由于包含的气体量少而无法检测出无线电波，但只要把大量星系的观测数据加在一起合计无线电波的强度，便能够＂检测＂出它们。稻见华惠助理教授等研究者以甚大望远镜上搭载的最新的多元光谱探测仪MUSE所得到的可见光分光数据为基础，于三年前制作了哈勃极深场的三维星系表。通过参考表中所记载的星系的位置，便不用考虑ALMA望远镜是否能够在这个位置检测到分子云，只要根据星系所在位置将数据全部叠加起来，就能成功地测出难以直接检测出来的分子云。 把有星系存在但无法直接检测出分子云的地方的观测数据叠加起来，便成功地检测出了迄今为止未被发现的微弱的分子气体。图片来源: Inami et al. 2020 此前的研究表明，大型星系中恒星的质量增加的话，分子云与恒星的质量比会大幅度的减小。本次研究发现，在恒星总质量只有银河系的1/10的小星系中分子云和恒星的质量比减小的幅度较小。换句话来说就是在大型星系中恒星越多作为原材料的分子云就会急剧减少，然而在小型星系中即使恒星变得越来越多气体的量也没有减少太多。这有可能是由于普遍存在的恒星总质量较小的小型星系与大质量星系有着不同的诞生过程。 其次，在总结ASPECS成果的其他的论文中，有文章对宇宙大爆炸20亿年后到现在的宇宙中分子云质量密度的变化进行了研究。在宇宙40亿岁左右的时候,恒星诞生最为活跃，分子云含量也最高，而如今分子云已经减少到了当时的十分之一。 通过直接观测星系的原材料而得到的这些研究成果，能够促使我们更加深入了解宇宙的诞生与进化。如今我们已大致了解宇宙初期的星系中恒星的原材料分子云有多少，接下来研究团队将对星系是如何消耗气体促使恒星诞生的进行研究。以便能更进一步深入了解星系是如何进化的这一谜题。 本次观测成果以 ＂The ALMA Spectroscopic Survey in the HUDF: Constraining the Molecular Content at log (Mstar/Msun) ~ 9.5 with CO stacking of MUSE detected z ~ 1.5 Galaxies＂为题，由稻见等人发表在美国天体物理学期刊Astrophysical Journal上。（研究团队全体成员名单见原文链接） 责任编辑：王雨阳 牧夫新媒体编辑部 『天文湿刻』 牧夫出品 微信号：astronomycn 船底座大星云内的云团。潜伏在船底座大星云之内的这些形体是什么？这些看来有些凶恶的黝黑形体实际上是分子云；具体来说，它们是云气和尘埃聚集得特别厚的不透光分子云纠结。 影像提供与版权: John Ebersole