席金合

2022年，中國科學(xué)院國家天文臺徐聰研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際團隊利用FAST對著名的致密星系群斯蒂芬五重星系及周圍天區(qū)的氫原子氣體進行了成像觀測，發(fā)現(xiàn)了一個尺度大約是200萬光年的巨大原子氣體系統(tǒng)。它的直徑約為銀河系的20倍！

斯蒂芬五重星系周圍的氫原子氣體分布（中間紅色光暈部分）

科學(xué)家們?yōu)槭裁催x擇從研究氫原子氣體入手呢？一方面是充分利用了FAST對中性氫21厘米譜線輻射具有高靈敏度的觀測優(yōu)勢；另一方面，氫原子氣體是了解星系演化的重要“物證”。氫是宇宙中誕生的第一種元素，也是豐度最高的元素，可以說，宇宙中所有天體的起源都離不開氫原子氣體的參與。在星系碰撞合并的過程中，拋射出來的氫原子氣體彌漫到星系團各個區(qū)域，科學(xué)家可據(jù)此反推星系演化的歷史模型。

豐度是指一種化學(xué)元素在某個自然體中的重量占這個自然體總重量的相對份額，常用百分比表示，例如我們可以說某顆恒星的氫元素豐度為71%

1877年，法國天文學(xué)家愛德華·斯蒂芬首次發(fā)現(xiàn)了斯蒂芬五重星系。從此，人們一直關(guān)注著它。而這次發(fā)現(xiàn)的原子氣體系統(tǒng)，很可能與斯蒂芬五重星系早期形成時星系間復(fù)雜的相互作用有關(guān)，已經(jīng)存在了大約10億年。盡管它占據(jù)的宇宙空間極大，但內(nèi)部物質(zhì)卻十分稀薄，可以說是一個沒有多少分量的龐然大物。斯蒂芬五重星系距離地球2.8億光年，F(xiàn)AST看到的是它2.8億年前的樣貌。專家認為，這是人類迄今探測到的最大的原子氣體結(jié)構(gòu)，并由此猜想，宇宙中可能存在更多這種大尺度的原子氣體結(jié)構(gòu)。

觀測宇宙中的氣體，是天體物理中一個非常重要的研究課題?？茖W(xué)家們普遍認為，宇宙中所有天體的起源都離不開原子氣體，例如星系主要的演化過程就是不斷吸收散布在宇宙空間的原子氣體，最終轉(zhuǎn)化為一個個龐大的可見實體。FAST能夠探測到遠離星系中心的極其稀薄的原子氣體所發(fā)出的微弱輻射，為研究天體的起源打開了一個嶄新的窗口。

FAST的這一“小”發(fā)現(xiàn)，對星系及其氣體的演化研究提出了“大”挑戰(zhàn)，因為現(xiàn)有理論很難解釋為什么在如此漫長的時間里，這些稀薄的原子氣體沒有被宇宙空間中的紫外背景輻射電離。科學(xué)家們之前一直認為，不管是固體星球還是氣體星球，最早都是由無數(shù)原子組成的龐大氣團，后來在強烈的宇宙射線輻射下，原子變成了帶有不同電性的微粒，也就是離子。帶正電的離子與帶負電的離子相互吸引，結(jié)合成分子，分子再凝聚起來，形成一個個極其龐大的天體，大量天體進而組成恒星群，并圍繞一個中心不停地旋轉(zhuǎn)，就像我們所在的銀河系一樣。

這個未解之謎給科學(xué)家的后續(xù)研究找到了一個新突破口?！傲w宇宙之無窮”，上下求索的過程總是充滿懸念，讓人無比期待！

棒旋星系銀河系