近日,國際科學(xué)期刊《科學(xué)進展》(Science Advances)在線發(fā)表了中國科學(xué)院國家天文臺FAST團隊主導(dǎo)的一項重要研究成果。該研究團隊利用國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中國天眼FAST和郭守敬望遠(yuǎn)鏡LAMOST,以及紫金山天文臺青海觀測站的13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡等觀測數(shù)據(jù),通過深入的動力學(xué)分析和三維盤星系模型擬合,解析出銀河系的一個致密高速氣體云是一個潛在的暗星系(圖1)。通過距離的估算,確定該暗星系位于本星系群中。
銀河系高速氣體云主要包括中性氫氣體(HI),其本地靜止的系統(tǒng)速度一般大于90 km/s,廣泛分布在銀河系外圍,但不隨著銀河系轉(zhuǎn)動。銀河系高速氣體云自1963年被發(fā)現(xiàn)以來,一直因其特殊的性質(zhì)而備受關(guān)注。關(guān)于高速氣體云的起源,目前大致有三種理論:1、由超新星從星系盤吹入暈中的氣體,即“星系噴泉”氣體;2、星系形成時期的金屬貧乏的氣體殘留物;3、本星系群中真正的河外天體。而測定高速氣體云的距離是判斷其起源的關(guān)鍵。由于高速氣體云除了中性氫氣體沒有探測到其它波段的輻射,目前唯一比較可靠的方法是通過已知距離的恒星或類星體的吸收光譜來限定高速云的距離范圍,但這種方法存在很大的局限性,使得銀河系高速云的起源研究進展緩慢。
在這項研究中,科研團隊基于FAST、Arecibo中性氫觀測數(shù)據(jù)在反銀心高速云復(fù)合體中發(fā)現(xiàn)了一個致密氣體團塊(見圖1)。該團塊的系統(tǒng)速度是-193 km/s,展現(xiàn)了盤星系具有的規(guī)律的速度場、S-型旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的典型特征(見圖2)。通過三維盤星系的模型擬合,得出了一個平坦的旋轉(zhuǎn)曲線,旋轉(zhuǎn)速度約為42.2 km/s,證實該高速氣體團塊是一個盤星系。通過星系的重子Tully-Fisher 關(guān)系,估算出該星系的距離,其位于本星系群內(nèi)。 由于在該星系中沒有探測到一氧化碳(CO)示蹤的氫分子和光學(xué)對應(yīng)體輻射,說明該星系可能是一個暗星系。暗星系是包含一些氣體,但是還沒有恒星形成的暗物質(zhì)暈(dark matter halo)。發(fā)現(xiàn)的暗星系的中性氫質(zhì)量在3.0×107 M☉至4.7×108 M☉之間,并且是暗物質(zhì)占主導(dǎo)。
根據(jù)冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型(CDM),宇宙空間應(yīng)該存在大量的暗星系,近半個世紀(jì)以來已經(jīng)完成的和正在進行的HI巡天沒有探測到一個理想的暗星系。這項研究是在近鄰宇宙中首次發(fā)現(xiàn)潛在的暗星系,這一突破性發(fā)現(xiàn),不僅為我們理解銀河系高速云的起源提供了新的線索,還可以為宇宙學(xué)中模擬星系形成提供更準(zhǔn)確的初始條件和物理參數(shù),以及有助于用來解釋宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的重要的丟失衛(wèi)星星系的問題。
文章的第一作者為國家天文臺、貴州射電天文臺的劉曉蘭,通訊作者包括國家天文臺、貴州射電天文臺的徐金龍、姜鵬、朱明。該工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1126/sciadv.ads4057

圖1.a、反銀心高速云復(fù)合體 HI 輻射(Arecibo)?b、暗星系A(chǔ)C G185.0-11.5 HI 輻射(FAST)c、光學(xué)g波段輻射(Pan-STARRS1)

圖2.a、速度場分布圖 .?b、速度-位置圖(PV).