遥远类星体前方正在成长的星系

借助欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT），天文学家发现了一个正在一口口吞噬周围气体的遥远星系。落入星系的气体，不但为恒星诞生提供原料，还驱动了星系旋转。这是迄今最佳的直接观测证据，证明星系吞食附近的气体物质以成长和形成恒星。研究报告将刊登在2013.7.5出版的《科学》杂志上。

题图的假想图像，明亮的蓝点就是类星体。大图下载：8.8MB，版权：ESO，原作者团队。

长期以来，天文学家一直猜测星系通过吸积周围的气体物质而成长，但此过程极难被直接观测到。现在，ESO的VLT对准了一个相当罕见的特例——恰好位于同一视线方向的遥远星系以及更遥远的类星体（注1）。类星体是由超级黑洞驱动的、极端明亮的星系核。类星体的光在抵达地球之前，首先通过前景星系周围的气体，因此留下了气体的特征信息（吸收线，注2）。新研究成果获得了迄今最好的星系吞并活动的观测资料。

研究报告首席作者、位于图卢兹的法国行星和天体物理研究院（IRAP）的尼古拉斯?布奇（Nicolas Bouché）解说：“这样恰好成一线的机会很罕见，因此我们的研究很独特。借助ESO的甚大望远镜，我们能够同时盯住星系和它周围的气体。由此我们能够直面星系形成的重要问题：星系是如何成长并维持恒星诞生的？”

随着新恒星的形成，星系中的库存气体将很快耗尽，因此必须有持续供给气体的机制。天文学家猜测，答案就在星系通过引力吸积周围的冷气体。在这种方案中，受星系引力拖拽的气体，在落入星系前首先围绕它旋转。虽然我们此前已经观测到此类吸积过程的证据，但气体的性质、运动情况等迄今仍未搞清楚。

类星体在南天杜鹃座星空的定位（正中央），大图下载：174MB。版权：ESO，DSS2。

天文学家观测中使用的SINFONI和UVES光谱仪，都安装在ESO位于智利北部帕拉纳尔天文台的VLT上。新观测成果不但显示星系本身的旋转，还揭示了星系外部气体的成分、运动情况。

研究报告合作者、澳大利亚墨尔本市斯文本（Swinburne）科技大学的迈克?墨菲（Michael Murphy）接着解说：“尘埃云围绕星系周围广大气体的性质，恰好与我们预期要发现的冷气体相同。气体的运动正如所料，其数量、成分与理论模型完全相符。这就像动物园中喂狮子——我们观测的这个星系贪得无厌，我们已经发现它是如何喂饱自己并快速成长的。”

天文学家已在早期宇宙中发现了星系周围存在物质的证据，但这是首次清晰地观测到物质向星系内部（而不是外部）运动，并确定了下一代恒星所需新鲜原料的成分。如果没有类星体的光束，星系周围的气体就无法被探测到。

报告合作者、美国加州大学圣芭芭拉分校的Crystal Martin 总结道：“我们真幸运，类星体的光束恰好穿过正在下落的气体。下一代的超级望远镜将能从多个波段透视每个星系，并提供清晰得多的效果。”

团队的研究报告刊登在2013.6.7出版的《科学》杂志上，标题：“为红移2.3处正形成恒星的星系供给的冷气体的特征信息”。

附注

1、在2012年进行的SINFONI红移2附近[镁II]发射线巡天项目（缩写SIMPLE）中，发现了该星系。它的红移为2.3285，相当于那时的宇宙才22亿岁。而类星体位于更早期的宇宙中，编号QSO J2246-6015（QSO就是类星体的缩写），或HE 2243-60。

PDF插图，演示星系吸积气体成长的过程，部分气体因中央黑洞的作用而外逸。

2、当类星体的光束穿过气体云时，某些特定波长的光会被吸收。这些特定的吸收线能告诉天文学家许多信息——气体云的运动、成分等。假如没有背后类星体的照耀，这些气体云的信息基本都不能被探测到——气体云不发光，不能在光学图像中直接看到。

3、SINFONI是视场积分近红外光谱仪的缩写，UVES是紫外和可见光中阶梯光栅摄谱仪的缩写。它们都安装在VLT上。SINFONI用于揭示星系中气体的运动，而UVES用于揭示位于类星体光路上、星系周围气体的运动。