理論上的預測是錯誤的當宇宙還不到10億年的時候,從類星體流出分子氣體的發現證實了這一點。
類星體是由位于大質量星系中心的超大質量黑洞提供能量的致密區域。它們非常明亮,具有類似恒星的點狀外觀,距離地球非常遙遠。由于它們的距離和亮度,它們提供了一窺早期宇宙的情況,當時宇宙還不到10億年。
由北海道大學助理教授Dragan Salak,筑波大學助理教授Takuya Hashimoto和早稻田大學教授Akio Inoue領導的研究小組發現了早期宇宙中類星體宿主星系中分子氣體流出抑制恒星形成的第一個證據。他們的發現基于他們在智利使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)進行的觀測,并發表在《天體物理學雜志》上。
分子氣體對恒星的形成至關重要。作為恒星形成的主要燃料,星系中分子氣體的無處不在和高濃度將導致大量恒星的形成。通過將這種氣體噴射到星系間空間的速度比恒星形成所消耗的速度快,分子外流有效地抑制了類星體所在星系中恒星的形成。
薩拉克解釋說:“理論工作表明,分子氣體外流在早期星系的形成和演化中起著重要作用,因為它們可以調節恒星的形成。”“類星體是能量特別大的來源,所以我們預計它們可能會產生強大的外流。”
研究人員觀察到的類星體J2054-0005具有非常高的紅移,它和地球顯然正在以非常快的速度遠離彼此。橋本說:“J2054-0005是遙遠宇宙中最明亮的類星體之一,所以我們決定把這個天體作為研究強大外流的絕佳候選者。”研究人員利用ALMA觀測了從類星體流出的分子氣體。作為世界上唯一一個具有探測早期宇宙分子氣體流出的靈敏度和頻率覆蓋的望遠鏡,ALMA是這項研究的關鍵。
談到研究中使用的方法,Salak評論說:“在吸收中發現了流出的分子(OH)氣體。這意味著我們沒有觀察到直接來自OH分子的微波輻射;相反,我們觀察到的是來自明亮類星體的輻射——吸收意味著OH分子碰巧吸收了類星體的一部分輻射。所以,這就像通過看到它在光源前投射的‘影子’來揭示氣體的存在一樣。”
這項研究的發現是第一個強有力的證據,證明類星體宿主星系中存在強大的分子氣體流出,并影響了宇宙早期星系的演化。“分子氣體是星系非常重要的組成部分,因為它是恒星形成的燃料,”Salak總結道。“我們的發現表明,類星體能夠通過向星系間空間噴射分子氣體來抑制宿主星系中的恒星形成。”