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氧氣現身河外星系 射電望遠鏡捕捉微弱氧分子信號

2020-03-03 10:57:13來源:科技日報  

NASA近日,在距地球5.6億光年的馬卡良231(Markarian 231)星系內,中外科學家聯手發現了氧氣。據悉,這是人類首次在銀河系外發現氧氣,也是...

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近日,在距地球5.6億光年的“馬卡良231”(Markarian 231)星系內,中外科學家聯手發現了氧氣。據悉,這是人類首次在銀河系外發現氧氣,也是迄今為止在太陽系外探測到氧氣最多的一次。日前,此研究成果發表于《天體物理學》雜志。

這一驚人的發現引發了大量關注。“馬卡良231”星系是什么?天文學家是如何在“馬卡良231”中發現氧氣的?此次發現是否代表著在銀河系外找到了適宜生命產生的環境?

氧原子從撕裂的水冰中逃脫

“馬卡良231”位于大熊星座,距地球約5.6億光年,是亞美尼亞布拉堪天文臺于1969年的紫外線輻射巡天項目中發現的星系。“馬卡良231”屬于塞弗特(Syfert)星系,這是一類中心有明亮恒星狀天體的旋渦星系。“馬卡良231”星系內,氣體圍繞一顆超大質量黑洞旋轉并變得很熱,發出明亮光芒。

2015年,天文學家推測“馬卡良231”的中央可能是一個二元黑洞,兩個超大質量的黑洞以極快的速度相互旋轉。“馬卡良231”內部包含了人類已知最近的類星體。而且,由于該星系內核十分活躍,它內部產生的連續脈沖驅動分子快速向外流動(類似于分子云的水釋放氧氣的過程)。據悉,這是天文學家在“馬卡良231”星系尋找氧氣的重要原因。

氧在宇宙中的豐度僅次于氫和氦。此前,天文學家曾認為分子氧在恒星間的空間內普遍存在,但一直未有證據表明銀河系外也有氧氣。天文學家解釋到,星際間缺乏氧氣是由于氧原子和水分子凍結在塵埃顆粒上,致使氧氣被“鎖住”。

當然,這并不意味著我們沒有探測到氧氣的可能。天文學家表示,在孕育恒星的搖籃中,新生恒星的沖擊可以讓塵埃中的水冰撕裂,進而釋放氧原子并最終形成氧分子。此前,天文學家在銀河系內的獵戶座星云和蛇夫座星云都探測到過氧氣。

經過科學家計算,獵戶座星云和蛇夫座星云內的氧氣數量遠低于本次在大熊星座發現的氧氣。在獵戶座星云內,氧氣的數量僅為氫氣數量的百萬分之一。而在“馬卡良231”內,氧氣比重是獵戶座星云內氧氣比重的100倍。天文學家推測,“馬卡良231”內經歷了比獵戶座星云更強大的氧氣形成過程。

射電望遠鏡捕捉微弱氧分子信號

那么天文學家是如何探測到氧氣存在的信號呢?

上述研究論文第一作者、中國科學院上海天文臺研究員王均智介紹,觀測銀河系內外遙遠之處是否有氧氣,目前的手段是依靠射電望遠鏡探尋“氧氣留下的指紋”。天文學家解釋到,因為氧氣在宇宙中會發射出特定頻率光譜,地球上的射電望遠鏡可以捕捉到這些信號,由此辨認氧分子的存在。據媒體報導,研究小組利用位于西班牙和法國的射電望遠鏡,將目光投向“馬卡良231”。最終,他們捕捉到了2.52毫米波長的射線,這是氧氣存在的標志。

為進一步證明這的確是氧氣發出的射線,研究人員對比了許多能發出相似波長的分子。最后發現,除氧氣外,其他任何一種分子都未曾在附近空間出現過。“因此,我們基本可以說,這是人類首次在銀河系外發現氧氣。”王均智表示。

專家稱,本次發現有賴于射電望遠鏡技術的不斷進步。“氧氣發出的信號十分微弱,從20世紀80年代開始,有許多研究團隊進行過嘗試,最終都空手而歸。近20年來,隨著天文探測等技術的進步以及新望遠鏡設備的建成,我們終于可以探測到那些原本我們‘看不到’的微弱信號。同時,我們還通過詳細分析選擇了‘馬卡良231’星系,最終成功探測到氧氣。”王均智解釋道。

近年來,我國天文望遠鏡建設不斷進步,500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)、中國科學院上海天文臺65米天馬望遠鏡以及國際平方公里陣(SKA)項目為搜尋宇宙中的復雜分子,特別是與生命相關的有機分子,發揮著重要的作用。

王均智表示,銀河系外星系中氧氣發出的信號,在具有一定紅移的前提下,由于多普勒效應,可以穿透地球大氣,進而通過地面大型望遠鏡設備進行探測。

最新研究合作者、FAST首席科學家李菂表示:“搜尋星際分子,特別是氧氣這種對于天體生命學和星際物質演化至關重要的分子,是射電天文學的重要前沿。”

發現氧氣不代表發現生命跡象

在人們的想象中,外星生命與人一樣,需要水和氧氣,宜人的氣候和溫度,以及穩定的地理環境等條件才能生存。因此,每當科學家發現宇宙中某處的環境條件與人類生存的某項條件對應時,人們就會猜測并期待這個地方是否有外星生命存在。但結果往往事與愿違。

天文學家表示,在地球以外物質的光譜中發現有氧氣、水等條件存在的跡象,也不能就此斷言其所處的環境中一定存在著生命。看不到這些“標志物”,也未必沒有存在生命的可能性。因為生命本身很復雜,適宜生命存在的條件也沒有絕對標準。

專家表示,發現氧氣并不代表發現適宜生命體產生的環境。在探測到氧氣的星際空間,由于溫度、密度等非常低,也難以有生命體存在。

美國華盛頓州立大學天體生物學家舒爾茨·馬庫什指出:“在地球上,我們對不同生命體生理功能的研究也只是略懂皮毛,僅目前已知的信息就令人驚奇不已了。可以想像,宇宙中其他星球上可能存在的生命體一定會更加令人震驚。只有發現外星生物以及另一個生物圈后,我們才能對這些遐想進行檢驗。”

那么,此次在銀河系外發現氧氣有何意義呢?

王均智稱,此次發現的價值主要在天文學意義上。在“馬卡良231”觀測到氧氣,可以成為側面研究該星云內部恒星、黑洞等天體變化的一個工具,特別是研究星系中心超大質量黑洞對宿主星系的反饋。氧氣是宇宙星際空間中物質演化十分重要的一種分子,這次在銀河系外發現氧氣,有助于進一步加深對宇宙物質組成的認識,對于星際介質中氧氣的形成和消耗等相關理論提出了挑戰。

“此次研究是科學家首次在銀河系外發現氧氣,但氧氣在星際空間的含量為何普遍遠低于預期仍是未解之謎。”李菂坦言。

天文學家表示,大量探測表明,氧氣在銀河系內的占比相對較低,我們還沒有完全弄清楚它的形成和消耗機制,需要天體化學模型相關研究的繼續跟進。對于宇宙中氧的探測,能夠幫助天文學家加深對宇宙的理解,以此揭示宇宙中更多的奧秘。

責任編輯:hnmd003

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