近日，中科院國(guó)家天文臺(tái)科研人員首次捕捉到星際暗云的誕生，這是人類首次觀測(cè)到正在誕生的分子暗云。

題為《星際暗云的誕生被首次捕捉到》的文章近日在美國(guó)《天體物理雜志》發(fā)表，《自然》雜志將其選為研究亮點(diǎn)予以介紹，文中稱：宇宙中最小，最基本的分子是在兩個(gè)氫原子鍵結(jié)合形成氫分子時(shí)產(chǎn)生的。但由于很難將原子與其對(duì)應(yīng)的分子氫區(qū)分開來(lái)，分子的形成難以直接觀測(cè)。研究小組使用位于波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙中的暗云。他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)暗云的原子氫的“外殼”正在被轉(zhuǎn)化為分子氫，這意味著首次探測(cè)到暗云的誕生。對(duì)氫分子形成速率的進(jìn)一步分析表明這個(gè)暗云大約有600萬(wàn)年的歷史，是暗云中的“嬰兒”。

約束恒星形成率的關(guān)鍵一步

氫是宇宙中豐度最高的元素，是物質(zhì)的主要組分。氫原子發(fā)出波長(zhǎng)為21厘米的超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線輻射，是現(xiàn)代射電天文學(xué)的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)之一。恒星形成于星際分子云中。因此氫原子轉(zhuǎn)化為氫分子的過程是宇宙可視結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵起始步驟。美國(guó)天文學(xué)家法蘭克·德雷克曾于上世紀(jì)六十年代提出著名的“德雷克公式”，唯像地描述了“銀河系以內(nèi)存在的智慧文明的數(shù)量”依賴于銀河有多少太陽(yáng)系，每個(gè)太陽(yáng)系有多大可能有地球，每個(gè)地球有多大可能形成生命等等。這個(gè)公式的第一項(xiàng)就是銀河系內(nèi)恒星形成的速率，要想明確這一項(xiàng)，必須掌握原子氫轉(zhuǎn)化為分子氫的速度。

這項(xiàng)研究完成的正是這一步驟的測(cè)量。“我們?cè)谇叭搜芯康幕A(chǔ)上發(fā)展了新方法，測(cè)量在銀河系的尺度上原子氫到分子氫演化的速率。”論文作者、中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員李菂表示，這項(xiàng)工作從2003年開始，直到最近才第一次找到顯示分子暗云正在形成的明確跡象。正在形成的分子暗云的年齡大概600萬(wàn)年，但在銀河系的尺度上還是一個(gè)“嬰兒”。他們發(fā)展了一種觀測(cè)方法，并命名為中性氫窄線自吸收(HI Narrow Self-Absorption，HINSA)。HINSA方法通過分離氫原子HI的吸收成分，直接測(cè)量分子云中的氫原子柱密度，并基于此進(jìn)一步分析得到分子氫氣形成速率及分子云的化學(xué)年齡。

李菂進(jìn)一步解釋了這項(xiàng)觀測(cè)的科學(xué)意義：宇宙中最多的物質(zhì)是原子氫，宇宙爆炸后，隨著能量密度下降，能量變成物質(zhì)，其主要形態(tài)是氫原子。宇宙中氫原子的質(zhì)量超過所有肉眼可見的恒星及其組成的星系的總和。按照宇宙演化的歷程，從氫原子到新的恒星，原子到分子的轉(zhuǎn)化過程是必經(jīng)的。研究出氫原子到氫分子的轉(zhuǎn)化快慢，才能整體上約束銀河系恒星形成的速率，進(jìn)而判斷銀河系存在生命的概率。

FAST科學(xué)計(jì)劃的重要內(nèi)容

這項(xiàng)成果綜合利用了阿雷西博300米射電望遠(yuǎn)鏡，美國(guó)FCRAO望遠(yuǎn)鏡，以及赫歇爾空間紅外望遠(yuǎn)鏡。它展示了射電波段HINSA觀測(cè)方法的重要功能，也為FAST科學(xué)規(guī)劃提供了觀測(cè)依據(jù)。

據(jù)李菂介紹，今年九月即將通過驗(yàn)收的FAST射電望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)科學(xué)能力更強(qiáng)、深度更深、覆蓋銀河系更全面，在FAST的兩項(xiàng)“巡天”計(jì)劃中，都有關(guān)于HINSA的研究?jī)?nèi)容。“FAST開展的高靈敏中性氫巡天，能夠大規(guī)模測(cè)量銀河系內(nèi)的HINSA特征，為理解星際介質(zhì)演化提供系統(tǒng)的觀測(cè)基礎(chǔ)。”他說。

“這次發(fā)現(xiàn)，說明這一現(xiàn)象是存在的，研究原理是可行的。將來(lái)我們希望能夠全面揭示銀河系內(nèi)暗云‘嬰兒’的數(shù)量，系統(tǒng)測(cè)量原子向分子轉(zhuǎn)化的時(shí)間尺度及速度。”李菂還透露，以FAST觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的首篇研究文章也已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)發(fā)表在《天文和天體物理學(xué)研究》雜志上。(崔爽)