博士生一作！顶尖大学，发Science

2023-05-05 19:24:57, 数据洞见未来

星系从周围的星系间介质中吸积气体，然后将这些气体变成恒星。像超新星爆炸这样的反馈过程使气体中含有比氦更重的元素，并能提供足够的动量将一些气体喷射出星系。

2023年5月4日，清华大学蔡峥团队在Science在线发表题为“Inspiraling streams of enriched gas observed around a massive galaxy 11 billion years ago”的研究论文，该研究在11亿年前的大质量星系周围观察到了富集吸气流。

清华大学蔡峥教授为项目牵头人、文章通讯作者、共同第一作者；博士生张世武为论文的第一作者，清华大学许丹丹教授等提供了重要的理论支持。合作单位包括日本早稻田大学、德国马克斯-普朗克研究所、加州大学、浙江大学、普林斯顿大学、犹他大学、广州大学、北京大学、厦门大学、深圳技术大学、亚利桑那大学、中国科学院国家天文台、上海天文台、青海大学等。

该研究观察到红移2.3的大质量星系周围的气体，并探测到从星系延伸100千秒差距(kiloparsecs)（1千秒差距约3260光年）的中性氢、氦和电离碳的发射线。这种环银河系气体的运动学与吸气流一致。碳丰度表明，这种气体富含比氦重的元素，这些元素以前是从星系中喷出的。该研究将这些结果解释为高红移星系组装过程中气体再循环的证据。

对早期宇宙中星系形成的模拟表明，低质量星系是通过来自银河系周围介质（CGM）和星系间介质（IGM）的气体的直接吸积而生长的。模拟和观测都表明，处于低质量暗物质晕中的星系具有晕质量Mh＜1012太阳质量的星系（M☉) ，可以在~104 K的温度下吸积气体流。这些气体流通过原始气体（几乎不含比氦重的元素）的丝状网络将星系与周围的CGM和IGM连接起来。气体沿着这些流的传输防止了它在落入暗物质晕的势阱时受到冲击加热，因此这一过程被称为“冷模式”吸积。冷模式吸积可以解释高红移星系的高恒星形成率和星系晕角动量随时间的增加。

尽管原始气体预计会发生冷模式吸积，但富金属气体（元素丰度高于氦的气体，称为其金属性）的预测有所不同。宇宙学模拟预测了Mh>1012 M☉星系周围可能观测到的富含金属的CGM数量。由于富含金属的CGM气体比原始气体更有效地冷却，富含金属的吸积（再循环流入）可以提供额外的气体，并提高大质量晕中星系的SFR（Mh>1012 M☉) 在红移z>2时。对背景源吸收线的观测表明，星系周围存在富含金属的CGM，但这些只能在单个点提供信息。为了确定CGM气体的空间分布，需要研究其发射线。

Lyα、He II和C IV发射的一维光谱（图源自Science ）

光谱观测表明，MAMMOTH-1内的星系群具有与CGM定性一致的红移梯度。这表明星系群的大尺度轨道角动量与CGM角动量一致。任何在G-2周围移动的卫星星系都可以将角动量传递给富集的冷CGM气体，然后这些气体以吸气流的形式流回星系。然后，CGM气流将引发冲击，通过管线发射促进气体冷却。根据再循环气体的估计流入速率，再循环的流入可以维持G-2在这次红移时的恒星形成。

来源：iNature。