天文学家看到由原始氢驱动的遥远星系

通过在超级计算机模拟形成的星系中绘制气体分布而产生的，具有传入的冷气体流的星系（中心）图像。远处的背景类星体（左下；艺术家添加的类星体，以及星空背景）从后面照亮了原始流入的气体流。利用世界上最大的光学望远镜收集的数据，由尼尔·克莱顿（MPIA和斯威本科技大学）领导的研究人员现在首次对原始气体在形成恒星的星系中的积聚进行了明确的检测，这一理论先前被认为是基于银河系形成的宇宙学模拟而存在。此处显示的模拟是由MPIA理论小组的“在宇宙语境中制造星系”（MaGICC）项目进行的。

一项新发表的研究详细介绍了天文学家如何检测到大爆炸留下的原始氢，残留物质的冷流，从而为早期宇宙中遥远的恒星系提供了燃料。

夏威夷卡穆拉（Kamuela）-天文学家发现了原始氢的冷流，大爆炸所遗留的残留物质，助长了早期宇宙中一个遥远的恒星形成星系。人们认为，大量气体流入星系对于解释100亿年前的时代是至关重要的，在这个时代，星系大量形成恒星。为了实现这一发现，由马克斯·普朗克天文研究所和斯威本大学的尼尔·克莱顿领导的天文学家利用了宇宙的巧合：明亮，遥远的类星体充当“宇宙灯塔”，从背后照亮了气流。研究结果发表在10月2日的《天体物理学杂志快报》上。

吸收系统的系统调查包括使用大型双筒望远镜进行观测，以及使用W. M. Keck天文台的HIRES echelle光谱仪拍摄的数据，该光谱仪安装在夏威夷莫纳克亚山顶的10米Keck I望远镜上。前景星系是由查尔斯·斯泰德尔（Charles Steidel），格温·鲁迪（Gwen Rudie）（加利福尼亚理工学院）和合作者在同一台望远镜上使用凯克天文台的LRIS光谱仪发现的。

在关于我们自己的银河系是如何形成的星系的最新叙述中，宇宙学家假设它们曾经是由星系间介质中庞大的原始氢储集层进食的，而星系间介质中则遍布着广阔的星系。

大约在一百亿年前，当宇宙只有其当前年龄的五分之一时，早期的原星系处于极端活跃的状态，形成的新恒星几乎是当前速度的一百倍。因为恒星是由气体形成的，所以这种肥力需要稳定的宇宙燃料来源。在过去的十年中，超级计算机对星系形成的模拟已经变得如此复杂，以至于它们实际上可以预测星系的形成和供给方式：气体沿着稀薄的“冷流”漏斗到星系上，就像融化的雪流向山间湖泊供水一样，通道凉爽。气体从周围的银河系中间介质流到星系，不断补充其形成恒星所需的原料。

但是，事实证明，测试这些预测非常具有挑战性，因为银河边缘的这种气体非常稀少，以至于它发出的光很少。相反，天文学家团队系统地搜索了非常特殊类型的宇宙巧合的例子。类星体是银河生命周期中的一个短暂阶段，在此期间，类星体作为宇宙中最发光的物体发光，这是由于物质落入超大质量黑洞而产生的。从我们对地球的角度来看，极少数情况下，遥远的背景类星体和前景星系附近的原始气体流会在夜空中精确对准。当类星体发出的光射向地球时，它穿过银河系并穿过原始气体，然后到达我们的望远镜。宇宙气体选择性地吸收非常特定的频率的光，这被天文学​​家称为“吸收线”。这些线条的图案和形状提供了宇宙条形码，天文学家可以对其进行解码以确定气体的化学组成，密度和温度。

使用这项技术，由尼尔·克莱顿（Max Planck天文研究所；现为墨尔本斯威本科技大学）领导的一组天文学家，发现了迄今为止最原始的星际气体向银河流动的最佳证据。这个名为Q1442-MD50的星系是如此遥远，以至于它花了110亿年才能到达我们的光。原始入射气体离星系仅190,000光年（在银河长度尺度上相对较近），并且在距离较远的背景类星体QSO J1444535 + 291905的吸收光谱中以轮廓显示。

他们发现的关键要素是检测宇宙氘的光谱特征，氘是氢的稳定同位素（原子核中带有额外的中子）。宇宙学家已经证明，氢和氦以及它们的稳定同位素（如氘）都在宇宙大爆炸之后的短短几分钟内合成，当时宇宙已经足够热，足以推动核反应。所有较重的元素（例如碳，氮和氧）都是在较热的恒星核炉中产生的。由于恒星中心的不利物理条件会破坏脆弱的氘同位素，因此发现气体中的氘证实了落入星系的气体确实是大爆炸中遗留下来的原始物质。

“这不是天文学家第一次发现类星体和附近气体的星系。但这是第一次一切都融合在一起。”克莱顿说。“银河系正在大力形成恒星，气体性质清楚地表明，这是原始物质，是大爆炸后不久从早期宇宙遗留下来的。”

该系统的发现是对通过星系附近的类星体视线进行的大规模调查的一部分，该调查由马克斯·普朗克天文学研究所ENIGMA研究小组负责人约瑟夫·汉纳维（Joseph Hennawi）进行了协调。

汉纳威说：“由于这项发现是系统搜索的结果，我们现在可以推断出这种冷流非常普遍。”“我们只需要搜索12个类星体对就可以发现这个例子。这个速率与超级计算机模拟的预测大致吻合，超级计算机模拟的预测为我们当前关于星系形成的理论提供了信心。”

天文学家的长期目标是找到大约十个类似的冷流实例，这将使他们的观测结果与数值模型的预测更加详细地比较。

调查合作者J. Xavier Prochaska（加利福尼亚大学圣克鲁斯分校）说：“对这些星系的先前研究已经显示出气体从其中流出的证据，我们也看到了证据。”“不过，通过尼尔进行的更加精确的分析，我们还可以检测出为星系提供燃料的原料，从而追踪了它们吸收的气体量以及吸收时间。这是银河系形成难题中的关键部分。”

Avishai Dekel（耶路撒冷希伯来大学）在理论和数值上帮助建立了当前星系上冷流积聚的模型。他没有参与这项研究，但对结果进行了评论。“这是一个非常有趣的发现，” Dekel说。“这与基于物理分析和宇宙学模拟的理论预测相一致，即通过来自宇宙网的冷流来馈送高红移星系。低金属性使得这种情况比以前的检测更具说服力。”

W. M. Keck天文台操作着地球上最大，最科学高效的望远镜。夏威夷岛的莫纳克亚山顶上的两个10米光学/红外望远镜配备了一套先进的仪器，包括成像仪，多对象光谱仪，高分辨率光谱仪，积分场光谱仪和世界领先的激光仪导星自适应光学系统。天文台是一家私人501（c）3非营利组织，是加州理工学院，加利福尼亚大学和NASA的科学合作伙伴关系。

出版物：尼尔·H·克赖顿（Neil H. M. Crighton）等人，“ z = 2.4恒星形成星系的环绕银河介质中的金属贫乏，冷气体：直接证据是冷积聚？”，2013年，ApJ，776，L18； doi：10.1088 / 2041-8205 / 776/2 / L18

研究报告的PDF副本：z = 2.4恒星形成星系的环绕银河介质中的金属贫乏冷气：有直接证据证明有冷积？

图像：MPIA（G. Stinson / A. V.Macciò）