恆星形成的成分蘊含著哪些奧妙？科學家有了出乎意料的發現
作者系網易新聞&網易號「各有態度」簽約作者。
當你仰望星空，看到無數星星沖你眨眼的時候，有沒有想過這個問題，那些璀璨的恆星是怎樣形成的呢？其中又蘊含著多少奧秘？
事實上，人類對於這些奧秘知之甚少。因此對於天文學家來說，總有很多困惑、很多難題等待解決。他們孜孜不倦地進行觀測和研究，總是一點一滴給我們帶來驚喜，讓我們離揭開奧秘的那一天近一點，再近一點。
最近，天文學家對氫原子（hydrogen atom）在新恆星形成中的重要性又有了新的認識。
圖：在比「銀河系」年輕三十億年的富含氣體的星系中，恆星（上）和分子氫（下）分布的比較。光學數據來自斯隆數字調查，使用阿塔卡馬大毫米陣列獲得分子氫圖。 Credit: ICRAR
此前，只有氫分子（hydrogen molecule）被認為是直接供給恆星形成的燃料。但是近期的研究顯示，即使在年輕的星系中，也有比氫分子更多的氫原子正用於生產大量的恆星。
來自西澳大利亞大學國際射電天文研究中心的天體物理學家Luca Cortese博士說，新恆星在宇宙中不斷形成。「New stars are born in dense clouds of gas and dust that are found in most galaxies，（在大多數星系裡都可以發現緻密的塵埃氣體雲，新恆星就在這些塵埃氣體雲中誕生，）」「Our own Milky Way forms about one new star a year on average.（我們的銀河系平均每年會形成一顆新恆星。）」
在離我們較近的宇宙里，大約有70%的氫氣（hydrogen gas）是在單個原子中發現的，剩下的才是在分子中發現的。
天文學家們曾經預計，較年輕的星系將擁有越來越多的氫分子，直到氫分子主導了整個星系的氣體。然而，出乎意料的是，現在他們發現，在較年輕的星系裡，氫原子依然佔據了大部分的氣體。
這是真的！即使是在那些處於類似「宇宙正午」條件下的星系也是如此。宇宙正午（cosmic noon）是一個特別的時期，大約是宇宙大爆炸之後的70億年，當時的恆星形成速率達到了整個宇宙恆星形成速率的頂峰。
Cortese博士稱，在過去的十年里，天文學家們已經發現年輕的、處於恆星形成高峰——宇宙正午時期的星系，擁有比銀河系多十倍的氫分子。擁有如此巨大儲備的氫分子，看起來似乎並沒有多少空間留給同等數量的冷原子氣體（cold atomic gas）。很遺憾，以人類目前的能力，還無法探測如此遙遠距離的氫原子，因此就無法驗證這種預期。
於是天文學家們轉而尋找其他的辦法，Cortese博士和他的團隊發現了不少比銀河系年輕30億年的星系，這些星系所儲存的氣體至少與那些宇宙正午時期的星系一樣多。Cortese博士介紹到：「What we found is that despite hosting 10 billion solar masses of molecular gas these young galaxies turn out to be very, very rich in atomic hydrogen as well（我們發現，儘管擁有100億太陽質量的分子氣體，這些年輕的星系依然顯示出同時非常、非常富含原子氫）。」「The balance between atomic and molecular hydrogen is pretty much the same as in the Milky Way. In other words, it s still dominated by atomic gas.（其中原子氫和分子氫之間的平衡情況幾乎和銀河系中的情況是一樣的。換句話說，這些年輕30億年的星系依然由原子氣體所主導。）」
此項研究使用的數據來自世界上最強大的射電望遠鏡中的兩個——波多黎各阿雷西博天文台和歐洲南方天文台位於智利的阿塔卡馬毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡。研究的合著者、天體物理學家Barbara Catinella博士稱，這些發現對我們對早期宇宙的理解有著十分重大的影響。她說：「It shows that we cannot neglect atomic hydrogen even in galaxies that contain tens of billions of solar masses of molecular hydrogen（這表明，即使是在包含著數百億太陽質量氫分子的星系中，我們依然不能忽視氫原子），」「Only the advent of future radio telescopes such as the Square Kilometre Array will allow us to get a complete picture of the role of cold gas in the star formation cycle（只有未來像平方千米陣列這樣的射電望遠鏡，才能讓我們獲得在恆星形成周期中一個完整的、關於冷氣體角色的圖景）。」
目前的這項研究還有另一個發現，那就是這些富含氫分子的星系，並沒有十分混亂（turbulent）。通常情況下，天文學家對這些星系的預期是應該十分混亂的，以防止氣體坍縮成恆星。
研究成果發表在《天體物理學快報》上。
參考資料：
論文：
L. Cortese, B. Catinella, S. Janowiecki.ALMA Shows that Gas Reservoirs of Star-forming Disks over the Past 3 Billion Years Are Not Predominantly Molecular.The Astrophysical Journal Letters, October 2017
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