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首次在銀河系外發現氧氣意味著什么
2020年02月29日 22:53 來源:光明日報 作者:記者 楊舒 字號

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  在距地球5.6億光年的類星體“馬卡良231”內,中外科學家聯手首次發現了氧氣。這是人類天文學家首次在銀河系外發現氧氣的蹤跡,也是迄今為止在太陽系外探測到最多的氧氣。近日,這項研究發表于國際期刊《天體物理學》上。

  論文第一作者、中國科學院上海天文臺研究員王均智表示,氧氣是對宇宙星際空間中物質演化十分重要的一種分子,這次銀河系外氧氣的發現,有助于我們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的相關理論提出了挑戰,也很可能為天文學家研究宇宙中超大質量黑洞對宿主星系的反饋等提供新的工具。但發現氧氣并不代表發現適宜生命體產生的環境。

  人類在銀河系外首次捕捉到氧氣射線

  在宇宙中,氧這一元素普遍存在,它是在氫和氦之后宇宙中第三大最常見的元素。對于宇宙中氧的探測,有助于天文學家加深對宇宙中各類物質演化的認識,揭示更多奧秘。

  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。氧氣在宇宙中會發射出特定頻率的光譜,地球上的射電望遠鏡可以捕捉到這些微弱的信號,由此辨認氧分子的存在,“這就猶如通過指紋辨認人的身份”。

  此前,天文學家曾認為氧氣在恒星間的空間內普遍存在,但僅在銀河系內兩顆恒星形成云團——獵戶座星云和蛇夫座星云內觀測到氧氣。此次,研究小組利用位于西班牙和法國的射電望遠鏡,將研究目光投向大熊星座內離地球最近的類星體“馬卡良231”。在這個星系內,氣體圍繞著一顆超大質量黑洞高速旋轉發熱,發出明亮的光。最終,研究組捕捉到了2.52毫米波長的射線,這是氧氣存在的標志。

  為了證明這些射線源于氧氣,研究人員對比了許多能發出與檢測到波長相似的分子,發現除氧氣外,其他任何一種分子都未曾在太空中出現過。“因此,我們基本可以說,這是人類首次在銀河系外發現氧氣。”

  或可成為研究宇宙超大質量黑洞等天體的新工具

  此前,天文學家僅僅在獵戶座星云和蛇夫座星云內兩次探測到氧氣,經過計算,其氧氣數量遠遠低于本次在大熊星座的發現。

  為何在星體和星體之間的星際空間中,氧氣如此難以發現?天文學家普遍認為,在星際空間中氧原子被水分子以水冰的形式“凍結”在塵埃顆粒上。但在一些星云里,明亮的新生恒星發出的沖擊波會將水冰從塵埃上剝離,將氧原子“解救”出來形成氧氣。因此,王均智認為,觀測到氧氣,也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。

  研究團隊成員、美國國家航空航天局噴氣推進實驗室天文學家保羅·戈德史密斯指出,在獵戶座星云內,氧氣的數量很少,僅為氫氣數量的百萬分之一。而這次在“馬卡良231”內,氧氣的比重是獵戶座星云內的100倍。由此推測,“馬卡良231”內經歷了比獵戶座星云更強大的氧氣形成過程。此前研究表明,“馬卡良231”是一個高產的恒星工廠,產生新恒星的速度是銀河系的100倍,每年噴出氣體的總質量為700個太陽質量,對水冰的沖擊波更為活躍。此次氧氣數量的發現,也印證了這一結論。

  此外,研究團隊通過對這個星系中心附近富含分子氣體區域的氧氣射線觀測,得到了到目前為止銀河系外最好的氧氣所占比重的上限,與此前天文學家在銀河系內探測到的結果基本一致。

  彰顯射電望遠鏡的進步,離探測宇宙生命體還遠

  搜尋星際空間中的分子,是目前射電天文學的探索前沿。王均智表示,本次發現有賴于人類射電望遠鏡技術的不斷進步。“氧氣信號十分微弱,從20世紀80年代開始,有許多研究團隊進行嘗試,最終都空手而回。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比20世紀弱10倍以上的信號,同時,我們還通過分析選擇了星系‘馬卡良231’,結果成功探測到氧氣。”

  王均智強調,近年來我國天文望遠鏡建設不斷進步,大型射電望遠鏡設備“天眼”FAST、上海天文臺65米天馬望遠鏡以及國際平方公里陣(SKA)項目將為搜尋宇宙中新的復雜分子特別是與生命相關的有機分子,發揮更為重要的作用。

  然而,銀河系外發現氧氣是否意味著找到了可能適合生命體存在的新環境?對此,王均智表示,有氧氣不代表一定有生命,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。所以這次發現的價值主要在天文學意義上,離探測銀河系外生命體還太遠。“大量探測表明,氧氣在銀河系內的占比相對還很低,它的形成和消耗機制還沒有完全弄清楚,需要天體化學模型相關研究的繼續跟進。”

  (本報記者 楊 舒)

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姓名:記者 楊舒 工作單位:

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