作者:杨舒 来源:光明日报 发布时间:2020/2/23 10:34:32
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中外科学家首次在银河系外发现氧气意味着什么

 

在距地球5.6亿光年的类星体“马卡良231”内,中外科学家联手首次发现了氧气。这是人类天文学家首次在银河系外发现氧气的踪迹,也是迄今为止在太阳系外探测到最多的氧气。近日,这项研究发表于国际期刊《天体物理学》上。

论文第一作者、中国科学院上海天文台研究员王均智表示,氧气是对宇宙星际空间中物质演化十分重要的一种分子,这次银河系外氧气的发现,有助于我们进一步加深对宇宙物质组成的认识,对于星际介质中氧气的形成和消耗的相关理论提出了挑战,也很可能为天文学家研究宇宙中超大质量黑洞对宿主星系的反馈等提供新的工具。但发现氧气并不代表发现适宜生命体产生的环境。

人类在银河系外首次捕捉到氧气射线

在宇宙中,氧这一元素普遍存在,它是在氢和氦之后宇宙中第三大最常见的元素。对于宇宙中氧的探测,有助于天文学家加深对宇宙中各类物质演化的认识,揭示更多奥秘。

王均智介绍,观测银河系内外遥远之处是否有氧气,目前的手段是依靠射电望远镜。氧气在宇宙中会发射出特定频率的光谱,地球上的射电望远镜可以捕捉到这些微弱的信号,由此辨认氧分子的存在,“这就犹如通过指纹辨认人的身份”。

此前,天文学家曾认为氧气在恒星间的空间内普遍存在,但仅在银河系内两颗恒星形成云团——猎户座星云和蛇夫座星云内观测到氧气。此次,研究小组利用位于西班牙和法国的射电望远镜,将研究目光投向大熊星座内离地球最近的类星体“马卡良231”。在这个星系内,气体围绕着一颗超大质量黑洞高速旋转发热,发出明亮的光。最终,研究组捕捉到了2.52毫米波长的射线,这是氧气存在的标志。

为了证明这些射线源于氧气,研究人员对比了许多能发出与检测到波长相似的分子,发现除氧气外,其他任何一种分子都未曾在太空中出现过。“因此,我们基本可以说,这是人类首次在银河系外发现氧气。”

或可成为研究宇宙超大质量黑洞等天体的新工具

此前,天文学家仅仅在猎户座星云和蛇夫座星云内两次探测到氧气,经过计算,其氧气数量远远低于本次在大熊星座的发现。

为何在星体和星体之间的星际空间中,氧气如此难以发现?天文学家普遍认为,在星际空间中氧原子被水分子以水冰的形式“冻结”在尘埃颗粒上。但在一些星云里,明亮的新生恒星发出的冲击波会将水冰从尘埃上剥离,将氧原子“解救”出来形成氧气。因此,王均智认为,观测到氧气,也可以成为侧面研究该星云内部恒星、黑洞等天体变化的一个工具,特别是研究星系中心超大质量黑洞对宿主星系的反馈。

研究团队成员、美国国家航空航天局喷气推进实验室天文学家保罗·戈德史密斯指出,在猎户座星云内,氧气的数量很少,仅为氢气数量的百万分之一。而这次在“马卡良231”内,氧气的比重是猎户座星云内的100倍。由此推测,“马卡良231”内经历了比猎户座星云更强大的氧气形成过程。此前研究表明,“马卡良231”是一个高产的恒星工厂,产生新恒星的速度是银河系的100倍,每年喷出气体的总质量为700个太阳质量,对水冰的冲击波更为活跃。此次氧气数量的发现,也印证了这一结论。

此外,研究团队通过对这个星系中心附近富含分子气体区域的氧气射线观测,得到了到目前为止银河系外最好的氧气所占比重的上限,与此前天文学家在银河系内探测到的结果基本一致。

彰显射电望远镜的进步,离探测宇宙生命体还远

搜寻星际空间中的分子,是目前射电天文学的探索前沿。王均智表示,本次发现有赖于人类射电望远镜技术的不断进步。“氧气信号十分微弱,从20世纪80年代开始,有许多研究团队进行尝试,最终都空手而回。近20年来,随着天文探测等技术的进步以及新望远镜设备的建成,我们终于可以探测到比20世纪弱10倍以上的信号,同时,我们还通过分析选择了星系‘马卡良231’,结果成功探测到氧气。”

王均智强调,近年来我国天文望远镜建设不断进步,大型射电望远镜设备“天眼”FAST、上海天文台65米天马望远镜以及国际平方公里阵(SKA)项目将为搜寻宇宙中新的复杂分子特别是与生命相关的有机分子,发挥更为重要的作用。

然而,银河系外发现氧气是否意味着找到了可能适合生命体存在的新环境?对此,王均智表示,有氧气不代表一定有生命,在探测到氧气的星际空间,由于温度、密度等非常低,也难以有生命体存在。所以这次发现的价值主要在天文学意义上,离探测银河系外生命体还太远。“大量探测表明,氧气在银河系内的占比相对还很低,它的形成和消耗机制还没有完全弄清楚,需要天体化学模型相关研究的继续跟进。”

 
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