宇宙中,星系的演化历程向来充满神秘色彩,而后星暴星系更是其中最为独特的一类。它们宛如宇宙中的“神秘舞厅”,不久前还沉浸在恒星形成的狂欢盛宴中,如今却迅速陷入沉寂,几乎不再孕育新的恒星。这种从热烈到寂静的巨大转变,引发了天文学家们的强烈好奇:究竟是什么力量,让星系的造星活动戛然而止?
后星暴星系在宇宙中极为稀少,占比不足1%。早期,天文学家主要依靠光学波段观测来识别它们,通过分析炽热年轻的A型恒星产生的强吸收谱线,以及无明显恒星形成活动发射谱线的特征进行判断。然而,这种传统方法存在明显缺陷,常常会遗漏大量后星暴星系,导致人类对这类天体的认知始终存在诸多空白。
恒星的形成并非凭空发生,它依赖于致密、低温的氢分子云,这些冷气体堪称恒星诞生的“本源原料”。一旦星系耗尽这类分子气体,或者气体结构被破坏、无法凝聚,恒星形成活动便会随之停止。此前,针对这类处于演化过渡期的星系的研究,由于筛选标准不统一、观测灵敏度有差异,且研究样本规模过小,导致研究结论相互矛盾,难以拼凑出完整的宇宙演化图景。甚至有观点认为,部分星系即便拥有充足的气体,也无法孕育新恒星,这让科学家们困惑不已。
不过,新的研究发现为解开这一谜团带来了转机。许多看似气体充足却陷入沉寂的星系,实际上仍在孕育恒星,只是恒星形成活动被厚重的尘埃云遮挡,在光学观测中难以察觉。这意味着,过往的观测手段存在局限性,导致人类对星系演化的认知存在巨大偏差。
为了深入探究后星暴星系的奥秘,一项名为EMBERS I的研究应运而生。该研究由维多利亚大学的本・F・拉斯穆森领衔,来自空间望远镜科学研究所、圣安德鲁斯大学等机构的科研人员共同参与。研究团队决定从多维度、全方位展开探索,首次对大样本、精准筛选的后星暴星系进行统一的原子气体与分子气体普查观测。
研究团队首先从斯隆数字巡天数据库中筛选出114个候选星系,并根据恒星质量和距离进行精细甄别。随后,便开启了漫长而艰巨的观测工作。为了探测氢原子气体,这种更为弥散、温度更低的气体是未来恒星形成的初始储备源,团队借助了中国500米口径球面射电望远镜(FAST)的强大观测能力。这口直径达500米的巨型抛物面射电天线,能够精准捕捉遥远天体发出的微弱信号。
然而,氢分子作为真正的造星原料,却很难被直接观测到。因此,天文学家通常会借助一氧化碳(CO)作为可靠的示踪物。一氧化碳就像分子云的“烟雾报警器”,只要探测到它,就大概率存在随时会坍缩、孕育恒星的氢分子云。为了精准测量一氧化碳的辐射信号,拉斯穆森团队依托西班牙毫米波射电天文研究所30米望远镜,累计观测时长高达188.9小时,分四次完成观测立项。科研人员们日夜坚守在天文台,凝视着深邃的宇宙。最终,团队全新完成了52组观测,并结合9组存档观测数据,构建起包含61个星系的研究样本库。
研究取得了关键性成果:平均而言,与仍在活跃孕育恒星的前身星系相比,后星暴星系的氢分子气体含量显著减少,其分子气体储量比同等恒星质量、仍持续造星的星系少3至6成。这一发现有力地证实了一个核心观点:星系快速熄火的关键原因,在于耗尽了孕育恒星的气体原料。通俗地说,宇宙中的这场造星盛宴落幕,是因为星系的“能量补给站”彻底空了。
但故事远不止于此。研究发现,后星暴星系的冷气体储备存在极大差异。部分星系即便经历了剧烈的恒星形成骤停,其分子气体占恒星总质量的比例,最低仅有2%,而最高探测值竟可达250%。这表明,虽然从整体平均水平来看,后星暴星系普遍缺乏造星气体,但每个星系的演化轨迹却各不相同。这意味着星系快速熄火并非只有单一成因,对于部分星系而言,熄火或许是不可逆的,因为气体大量流失,恒星形成活动彻底终结;而对于另一些仍保留大量气体的星系,则存在复苏的可能,恒星形成活动有望再度重启,哪怕只是暂时现象,这类星系只是短暂休眠,而非永久消亡。







