天文体家因发现一个不含恒星的气体云而重生不已

天文体家此前曾发现过不含恒星的气体云，但云9可能是迄今最原始的一个，对意会天地演化历史具有遑急启示。

这张图像以品红色泄露了位于距今约1600万光年远的梅西耶94星系外围区域中被称为云9的中性氢气体探伤成果，重迭在哈勃空间千里镜对该天区拍摄的深度光学图像之上。白色圆圈标示的区域内迄今未发现任何恒星迹象，但通盘这个词品红色区域仍捏续存在约100万倍太阳质料的中性氢气体。 图片开首：J.德帕斯夸莱（天外千里镜科学盘问所）

表面上，天地中不仅存在恒星丰富的星系，还应存在普遍从未坍缩酿成恒星的中性氢气体云。 此类候选气体云此前已有不雅测发现，但时常质料较大；此外，其中往往包含数十万颗以致更多恒星，而对其恒星含量的收尾时常较为宽松。 然则，在梅西耶94星系外围发现的云9，却呈现出一种特殊情形：其氢气质料约为一百万倍太阳质料，里面却未探伤到任何恒星。它简略是咱们迄今所知最原始、最未受扰动的早期天地名胜。

在远大的天地中，存在着各样尺寸与质料的物资团块。咱们最为练习的简略是像星河系这么的星系：其中包含数千亿倍太阳质料的恒星、更为丰富的气体与等离子体，以及最初一万亿倍太阳质料的暗物资。而在质料更小的范例上，平庸物资云团发生引力坍缩所需的时候更长，且坍缩进程也愈发贫乏。倘若这些低质料物资团块最终发生坍缩，便会酿成恒星；而恒星辐射出的能量往往将周围残余的气体终结。但另一方面，若外部注入足够能量，这些团块也可能永久无法坍缩。

这等于天文体家所称的RELHIC倡导背后的想想。

时常处于旋转现象，标明存在一个坍缩的盘状结构； 质料时常较高，约为一亿倍太阳质料或更大； 对其中所含恒星数目的下限敛迹相对较弱，一般不会低于终点于十万倍太阳质料的恒星总质料。

但跟着新发现的无星气体云云九以及对该归拢视场进行的深度哈勃千里镜成像不雅测，咱们简略已初度发现了东说念主类已知的RELHIC。以下是咱们的发现过甚科学趣味。

梅西耶94星系于1781年被发现，是距离地球最近且最亮堂的星系之一，距离仅为1600万光年。其主盘面外围环绕着延展的螺旋结构，当今该星系中大部分恒星正酿成于这些区域。 致谢：R杰伊加博尼（黑鸟天文台）

启程点，让咱们从云九自己开动，探讨它为何是一个如斯道理的发现。上方展示的是梅西耶94星系：一个距离较近、亮度较高、质料较大的星系。尽管其范例略小于星河系，但当今已知其周围存在约20个卫星星系，这些卫星星系均含有普遍恒星，且在引力作用下与梅西耶94星系保捏不竭关系。

然则，这很可能只是冰山一角。终点有可能在M94周围还存在更多卫星星系，因为对临近星系的高分辨率不雅测泄露，每个访佛星河系的星系周围时常存在30到100个微型卫星星系。

为搜寻这些疑似存在的罕见卫星，中国盘问东说念主员期骗全国上最大的大地射电千里镜——五百米口径球面射电千里镜（FAST），对梅西耶94星系周围区域开展了系统性巡天不雅测。这次不雅测不仅阐发了该星系已知卫星的存在，还通过探伤其中的中性氢气体，发现了若干新的卫星候选体。

这张图片展示了当今全国上最大的单口径射电千里镜：五百米口径球面射电千里镜（FAST）。该千里镜于2020年建成并过问使用，取代了此前保捏记载的阿雷西博千里镜。阿雷西博千里镜在2020年底因结构失效而损毁。如今，FAST是同类千里镜中口径最大的一座。 图片开首：SCJiangWikimediaCommons

大多数被探伤到的气体云对应着大质料的气体：中性氢的质料达数千万倍太阳质料以致更多。但其中第九个由FAST发现的气体云却呈现出大鸿沟延展的中性氢散布，其总质料却相对较小，仅约一百万倍太阳质料，范例最初4000光年。更引东说念主注办法是，对该区域开展的其他多波段成像不雅测——包括光学、红外及射电波段——均未在该气体云中发现可信的恒星存在凭证。

这引起了深切天文体家的意思，并促成了一项道理的后续名堂：不仅使用其他射电千里镜对该区域进行深入不雅测，还期骗哈勃空间千里镜对其进行深度成像。这将使咱们能够判断云9是否确乎是一个不含恒星的气体云——在距离咱们1600万光年的情况下，探伤其中是否存在极极少恒星已接近咱们不雅测才智的极限；或者，它里面其实存在恒星，而最初之是以被归类为可能不含恒星的云团，只是是因为早期不雅测数据的质料不够高。

该重迭图泄露了位于梅西耶94外围的云九区域，其中红色等高线知道来自甚大阵列的中性氢探伤成果。哈勃千里镜影像主要隐敝图中蓝色方框标示的区域，但在其全部不雅测鸿沟内均未发现与该天体位置一致的恒星。 致谢：G.Anand等，《天体物理学杂志通信》

这项任务并不像名义看起来那样浅近。你简略会想：哦，我只需期骗高质料的不雅测数据，搜检其中是否能分辨出单颗恒星，若是能够分辨，再谄谀该天体的距离，推算出恒星的总质料。

但现实情况要复杂得多。在1600万光年的距离上，这很可能是一个暗弱的矮星系，尤其可能属于低名义亮度星系，其恒星因过于阴霾而无法被现存千里镜分辨出来。当大地千里镜无法在合座天区布景亮度之上探伤到单颗恒星时，这类天体（如云九）所含恒星的总质料便可能被收尾在数十万倍太阳质料量级。

然则，进入天外后，便不再需要粗疏大气层及全天亮度的影响。哈勃千里镜的影像能够揭示：在射电数据所斥地的氢气密度最高的归拢区域，是否存在可探伤到的恒星。若该区域影像中确乎存在恒星，则可通过奏凯不雅测与数值模拟相谄谀的形势，推测出该区域的合座恒星质料。

这张图片图像展示了哈勃千里镜拍摄的以梅西耶94星系外围云9位置为中心的原始视场，并重迭了甚大阵列不雅测得到的中性氢密度散布（以粉色泄露）。在该区域的要津不雅测鸿沟内，无法分辨出任何恒星。 鸣谢：约瑟夫德帕斯夸莱（天外千里镜科学盘问所）

但若是未不雅测到任何恒星，咱们仍可期骗这些不雅测和模拟成果，对该区域可能包含的恒星数目设定一个上限。如你所见，将甚大阵列射电千里镜的数据重迭在原始哈勃千里镜拍摄的图像上后，所温存区域并未泄露出存在恒星的迹象。

事实上，云九具备若干特征，使其成为迄今从未酿成过恒星的氢气储库的有劲候选者。这些特征包括：

它正以略高于300千米秒的速率隔离咱们，这一退行速率与梅西耶94皆备疏通； 它距离梅西耶94约25万光年； 它展现出极强的中性氢谱线特征，却未探伤到任何恒星； 而要容纳如斯普遍中性氢且不酿成恒星，必须存在一个质料最初10亿倍太阳质料的权臣暗物资晕。

你看，若是一个暗物资晕中包含中性氢气体，那么在皆备零丁的情况下，唯有相干在一齐的质料足够大，表面上就应当能够酿成恒星。然则，本日文体家将哈勃千里镜的影像数据与其他不雅测尊府抽象分析后，却得以对其中可能存在的恒星群体施加极为严格的收尾。

哈勃千里镜拍摄的云9周围区域原始图像中，未不雅测到任何恒星存在的迹象。图像底部从左至右交替标示了表面预期中不同质料恒星应产生的信号，其质料鸿沟约为30万倍太阳质料至约1000倍太阳质料；而施行不雅测成果与最低质料恒星对应的信号最为吻合。

期骗大地千里镜成像，咱们只可得出其中恒星数目远少于数十万颗这一粗俗论断，亚搏app官方网站而无法进一步收紧收尾条目。然则，借助哈勃空间千里镜的成像才智，盘问东说念主员得以扬弃该天体中存在质料达10万、3万、1万乃至3000倍太阳质料的恒星的可能性。抽象分析标明，该天体内所含恒星的总质料至多约为1000倍太阳质料——这一数值与该气体云中所含约100万倍太阳质料的中性氢气体比较，显得极为轻飘。

盘问东说念主员通过模拟以下进程来笃定里面恒星质料的允许鸿沟：

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若是咱们领有该鸿沟内的总恒星数目， 那么哈勃数据中所呈现的单颗恒星数目鸿沟应为几许？ 此外，鉴于咱们在哈勃数据中最多仅不雅测到1颗超出广泛布景的恒星，且谄谀咱们对恒星心情与光度的领路，咱们能在多猛进度上扬弃较高的恒星质料取值？

在天体物理学和粒子物理学规模，高于5σ权臣性水平（该规模的黄金范例）的不雅测成果已皆备扬弃了质料最初10，000倍太阳质料的恒星存在的可能性。质料为10，000倍太阳质料的恒星在99.5%置信度（约3σ）下被扬弃；而质料约为3000倍太阳质料的恒星则在约95%置信度（即2σ）下被扬弃。

哈勃天外千里镜不雅测云9在赫罗图（CMD）区域所预期出现的满盈恒星数目的模拟成果。由于不雅测到的满盈恒星最多仅有1颗，这些模拟成果可终点可靠地扬弃恒星质料为10⁵、10⁴⁵和10⁴倍太阳质料的情形。而约10³⁵倍太阳质料（即约3000倍太阳质料）则是与哈勃不雅测成果仍相容的最高允许恒星质料。 开首：G.Anand等，《天体物理学杂志快报》

通过这一详备分析，并谄谀对哈勃数据的目视检验，盘问东说念主员合理地得出论断：该天体（Cloud9）期骗绿岸千里镜不雅测到含有140万倍太阳质料的中性氢，但其恒星质料至多仅有约3000倍太阳质料。这意味着其气体与恒星的质料比最初4001，在矮星系中属于极为淡薄的异常值。

时常情况下，会发生的是：

一个宏大而详尽的暗物资晕， 也会吸积普遍气体； 当足够多的气体在某一区域相干后，便会冷却并发生坍缩； 这种坍缩启程点酿成盘状结构，继而触发恒星的酿成； 这些恒星若质料足够大、能量足够高，便会将星系中剩余的气体吹出， 最终只留住一群恒星，嵌于深厚的暗物资晕之中。

咱们在临近天地中不雅测到各样矮星系均存在访佛餍足，包括像塞革1（Segue1）和塞革3（Segue3）这么的星系——它们是临近区域中恒星质料最低的星系之一，总恒星质料仅稀有百颗太阳质料（以致可能不最初一千颗太阳质料），但其不雅测到的畅通速率（或速率迷漫度）却标明其含有高达数十万太阳质料的暗物资。恰是通过将新发现的天体云九（Cloud9）与此前已知且更为常见的矮星系进行对比，咱们才能真确意识到云九的超卓之处。

在矮星系Segue1和Segue3中，系数仅存在约1000颗恒星，总质料约为175倍太阳质料；其中Segue3的引力质料却高达约60万倍太阳质料。图中已用圆圈标出组成矮卫星星系Segue1的恒星。跟着咱们不时发现更小、更暗、恒星数目更少的星系，东说念主们日益意识到这类微型星系的普遍性，以过甚暗物资与平庸物天赋量比可达到极高的进度；此类星系的数目可能多达星河系这类星系的约100倍，且暗物天赋量往往最初平庸物天赋量数百倍以致更多。 图片开首：MarlaGeha凯克天文台

这是因为咱们对于矮星系所呈文的这种范例故事，与迄今为止发现的绝大多数矮星系相符。然则，矮星系的演化还存在另一种可能的旅途。在此情景下：

你从一个暗物资晕开动，普遍中性氢落入其中，但由于天地紫外布景辐射（即天地中恒星酿成所产生的紫外辐射）的存在，氢气体难以灵验冷却，因而保捏迷漫现象；这种紫外辐射缓缓赶走了暗物资晕里面的部分（以致大部分）氢气体，最终仅留住极少氢气储存在一个大质料暗物资晕内，其中可能只酿成极少数恒星，以致皆备未酿成恒星。

两年前，格林班克千里镜因操作荒谬，不测不雅测了一派本无预定科学指标的天区，却由此取得一项要紧发现。尔后被称作暗原始星系的天体，其氢气质料约为十亿倍太阳质料，却未探伤到任何可见恒星。然则，这些气体确乎在旋转，并呈盘状结构；其总质料之高，热烈知道其中应存在恒星，只是当今所用不雅测时刻尚无法将其分辨出来。

这片星场展示了一派尚未发现已知河外天体的天区，但绿岸千里镜在此区域探伤到普遍处于畅通现象的中性气体，图中可见心情（红色蓝色）永诀知道气体隔离朝向不雅测者畅通。这一发现可能象征着首个暗弱、原始星系的初度识别。 开首：好意思国国度科学基金会绿岸天文台P.沃斯汀

但云九则皆备是另一趟事，其物资自天地大爆炸以来，从未参与过任何一颗恒星的生命轮回。

若是这一情况适用于新近发现并探伤到的Cloud9系统，那将是一项极为激昂东说念主心的发现。若是存在布景类星体的光穿过该云团，咱们便可通过采纳光谱学来探伤其中是否存在氢、氦，以及是否不含其他元素。若是天地紫外布景辐射正在缓缓电离云团中的氢，咱们应能探伤到细微而迷漫的放射线信号，从而揭示其中存在或不存在哪些元素，以及它们的品貌。此外，由于咱们已不雅测到Cloud9里面莫得旋转迹象，因此不错推测该系统并未由其平庸物资酿成盘状结构，这也不相沿近期或正在进行的恒星酿成行动。

该图展示了星系中恒星质料（横轴，对数坐标）与归拢星系中中性氢气体质料（纵轴，亦为对数坐标）之间的关系。多数斯隆数字巡天（SDSS）星系散布于图右侧的等高线区域；而低质料矮星系则对应于右下角绿色过甚他心情符号的数据点；与云9关联的星系则昭着偏离主趋势，其气体与恒星质料比极高，以致与皆备不含恒星的情形仍相容。 致谢：G.Anand等，《天体物理学杂志快报》

道理的是，最近一篇对于该系统的论文作家严谨地接头了若干看似合理的、针对云九这一证明的替代性决策。

它是否可能是星河系内出路的高速气体云？这一可能性因云9的退行速率与疑似宿主星系梅西耶94精准吻合而被扬弃。 云9是否可能属于位于数十万光年以外的麦哲伦流？这并非皆备弗成能，但麦哲伦流在天球上的位置与梅西耶94场所标的相悖。 它是否可能是处于热均衡现象、迷漫于梅西耶94周围燥热电离星系际介质中的中性气体云？该模子合适多项不雅测特征，但存在一个要津矛盾：天地年岁约为138亿年，而捏续发生的冲压作用将在约1000万年内判辨该气体云，即比云9施行存续时候快约1000倍。

通盘这些都指向REHLIC（或称再电离时代受限的中性氢云）模子行为证明云9的主导表面。值得防御的是，未来的不雅测——不管是期骗哈勃空间千里镜开展更万古候的不雅测，照旧借助詹姆斯韦布空间千里镜在更长波段上开展更高精度的不雅测——都有可能奏凯探伤该天体，从而进一步压低其里面恒星数目的上限，以致阐发其中确乎不含任何恒星。正如天文体中不时出现的情形那样，通过协同使用对不同波段光明锐的多种不雅测建造，咱们能够比单独依赖某一台起先进的建造获得更为全面、深入的系统信息过甚本色领路。在天文体中，更多不雅测虽然故意，而各样性相同厚爱。

关联学问

气体云是天地中由氢、氦等气体及微量尘埃组成的宏大迷漫结构，时常跨度达数十至数百光年。它们密度极低，但总质料可终点于数千个太阳。在引力作用下，部分气体云会缓缓坍缩，触发恒星酿成进程。不雅测上，气体云常呈现为暗黑斑块（如马头星云）或发光区域（如猎户座大星云），是盘问恒星与行星系统发祥的遑急对象。

BY: Ethan Siegel

FY: AI

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