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宇宙中所有天體的起源
，都離不開原子氣體。近日
，我科學家利用“中國天眼”發現了一個尺度約為200萬光年的原子氣體結構
，是目前宇宙中探測到的最大的原子氣體結構。“中國天眼”也成為唯一一個能探測到如此稀薄氣體的望遠鏡。

利用“中國天眼”，由中國科學院國家天文台研究員徐聰領導的國際團隊發現了一個尺度約為200萬光年的巨大原子氣體結構，位於著名致密星係群“斯蒂芬五重星係”
，比銀河係大20倍，是迄今為止在宇宙中探測到的最大的原子氣體結構。10月19日，該成果在國際學術期刊《自然》雜誌發表。

宇宙天體的起源離不開原子氣體

天tian體ti物wu理li中zhong非fei常chang重zhong要yao的de一yi項xiang研yan究jiu
，就jiu是shi觀guan測ce宇yu宙zhou中zhong的de氣qi體ti。宇yu宙zhou中zhong所suo有you天tian體ti的de起qi源yuan
，都dou離li不bu開kai原yuan子zi氣qi體ti。例li如ru，星xing係xi主zhu要yao的de演yan化hua過guo程cheng就jiu是shi不bu斷duan從cong宇yu宙zhou空kong間jian吸xi收shou原yuan子zi氣qi體ti
，然ran後hou將jiang其qi轉zhuan化hua為wei恒heng星xing。

團隊成員之一
、中科院國家天文台研究員程誠介紹：“我們看到的所有的天體

，比如恒星，它們的源頭最終都會歸結到中性原子氫氣體。”

此外，研究氣體本身也非常重要。對此，程誠進一步解釋：“比(bi)如(ru)，有(you)的(de)恒(heng)星(xing)形(xing)成(cheng)時(shi)，它(ta)不(bu)是(shi)來(lai)自(zi)原(yuan)子(zi)氫(qing)，而(er)是(shi)來(lai)自(zi)分(fen)子(zi)氫(qing)。那(na)麼(me)

，原(yuan)子(zi)氫(qing)是(shi)怎(zen)麼(me)變(bian)成(cheng)分(fen)子(zi)氫(qing)的(de)？分(fen)子(zi)氫(qing)的(de)密(mi)度(du)為(wei)何(he)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)
？還(hai)有(you)，這(zhe)些(xie)原(yuan)子(zi)氫(qing)等(deng)重(zhong)子(zi)物(wu)質(zhi)是(shi)如(ru)何(he)彙(hui)聚(ju)到(dao)星(xing)係(xi)的(de)中(zhong)心(xin)區(qu)域(yu)，然(ran)後(hou)漸(jian)漸(jian)形(xing)成(cheng)恒(heng)星(xing)變(bian)成(cheng)星(xing)係(xi)的(de)
？這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)對(dui)於(yu)研(yan)究(jiu)天(tian)體(ti)演(yan)化(hua)的(de)各(ge)種(zhong)階(jie)段(duan)都(dou)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。”

通過射電天文波段
，天文學家能夠對宇宙中的原子氣體進行直接觀測。“中國天眼”是當今世界口徑最大、靈敏度最高的單口徑射電望遠鏡
，其所擁有的超高靈敏度
，能夠探測到遠離星係中心的極其稀薄的彌散原子氣體所發出的暗弱輻射。

經過研究分析
，科研團隊最終選中了著名致密星係群“斯蒂芬五重星係”進行觀測。自1877年被法國天文學家斯蒂芬發現後

，“斯蒂芬五重星係”便是天文學領域最受關注的星係群
，也成為韋布空間望遠鏡第一批觀測並首次向公眾展示的5個目標之一。

程誠說：“此(ci)前(qian)
，也(ye)有(you)其(qi)他(ta)國(guo)家(jia)的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)對(dui)這(zhe)個(ge)星(xing)係(xi)群(qun)區(qu)域(yu)觀(guan)測(ce)過(guo)多(duo)次(ci)，但(dan)那(na)些(xie)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)都(dou)不(bu)夠(gou)高(gao)，所(suo)以(yi)觀(guan)測(ce)結(jie)果(guo)都(dou)不(bu)理(li)想(xiang)。我(wo)們(men)期(qi)望(wang)能(neng)夠(gou)突(tu)破(po)以(yi)往(wang)的(de)觀(guan)測(ce)極(ji)限(xian)。”

“中國天眼”是唯一能探測到如此稀薄氣體的望遠鏡

宇宙中星係相互作用以及它們中間氣體的來源一直是天文學中的重要問題，“中國天眼”是研究這個問題的“利器”。

由徐聰領導的、以中科院南美天文研究中心為主的國際團隊包括了國內外一流的紅外和射電天文專家

，他們都有豐富的多波段研究經驗。在“中國天眼”對國際天文界開放申請的第一季

，該團隊便提交了觀測申請
，並通過評審得到了觀測時間。

徐聰說：“我們的科學目標是將‘中國天眼’發揮到極致
，探測到宇宙中最稀薄的氣體
，研究星係中的氣體最遠來自宇宙中何處。”

在天文觀測中，出現噪聲在所難免。為了能夠達到觀測目標，“中國天眼”的調試人員不斷改進、提高“中國天眼”的靈敏度並壓製噪聲，終於在2021年10月將其靈敏度調試到極限，成功觀測到“斯蒂芬五重星係”周圍極稀薄的氣體。

程誠說：“前後觀測大概隻用了一個月的時間，望遠鏡的總曝光時間是22小時。這個時間可以說是特別快，超出了我們的預期。”

在這次觀測中
，“中國天眼”的接收機表現也特別出色。

“接收機接收信號時就有點像收音機調台，我們要的中性氫的輻射就恰好在1.39GHz附近，我們就需要在這個頻段附近找信號。有些望遠鏡接收機的頻段範圍窄，但‘中國天眼’接收機接收信號的頻率覆蓋範圍很寬
，效率就很高。”

讓科研團隊吃驚的是

，這些氣體延展到了星係外200萬光年的地方，是有史以來天文觀測到的宇宙中最大的原子氣體結構，“中國天眼”也成為唯一一個能探測到如此稀薄氣體的望遠鏡。

對研究星係及其氣體在宇宙中的演化提出挑戰

“中國天眼”的這項最新發現，揭示了在遠離該星係群中心的外圍空間，存在大尺度的低密度原子氣體結構。

徐聰說：“這些原子氣體結構的形成很可能與 ‘斯蒂芬五重星係’早期形成時星係間相互作用的曆史有關
，可能已經存在了大約10億年。”

程誠告訴記者，此前也有觀測到過這類中性原子氫的彌散係統，但都是一個星係附近有一個中性原子氫結構係統
，形狀像尾巴一樣。“我(wo)們(men)原(yuan)本(ben)的(de)預(yu)期(qi)是(shi)希(xi)望(wang)利(li)用(yong)中(zhong)性(xing)原(yuan)子(zi)氫(qing)的(de)彌(mi)散(san)分(fen)布(bu)情(qing)況(kuang)來(lai)理(li)解(jie)星(xing)係(xi)群(qun)並(bing)合(he)的(de)曆(li)史(shi)。我(wo)們(men)曾(zeng)設(she)想(xiang)
，也(ye)許(xu)有(you)些(xie)中(zhong)性(xing)氫(qing)是(shi)被(bei)甩(shuai)出(chu)來(lai)到(dao)星(xing)係(xi)邊(bian)緣(yuan)
，但(dan)當(dang)我(wo)們(men)看(kan)到(dao)在(zai)星(xing)係(xi)外(wai)圍(wei)有(you)一(yi)個(ge)這(zhe)麼(me)大(da)的(de)原(yuan)子(zi)氣(qi)體(ti)結(jie)構(gou)時(shi)，我(wo)們(men)便(bian)猜(cai)測(ce)，也(ye)許(xu)有(you)一(yi)個(ge)星(xing)係(xi)的(de)中(zhong)性(xing)原(yuan)子(zi)氫(qing)被(bei)徹(che)底(di)剝(bo)離(li)出(chu)來(lai)了(le)。”程誠說。

徐聰介紹，本次成果預示著宇宙中可能存在更多這樣大尺度的低密度原子氣體結構
，“這zhe項xiang發fa現xian對dui研yan究jiu星xing係xi及ji其qi氣qi體ti在zai宇yu宙zhou中zhong的de演yan化hua提ti出chu了le挑tiao戰zhan，因yin為wei現xian有you理li論lun很hen難nan解jie釋shi為wei什shen麼me在zai如ru此ci漫man長chang的de時shi間jian裏li

，這zhe些xie稀xi薄bo的de原yuan子zi氣qi體ti仍reng沒mei有you被bei宇yu宙zhou空kong間jian中zhong的de紫zi外wai背bei景jing輻fu射she電dian離li。”

“中國天眼”的運行

，為研究宇宙中天體的起源打開了一個嶄新窗口，後續可以利用本次觀測結果，對紫外背景輻射電離進行更多探索。