3,900 光年长的氢丝

大约 138 亿年前，我们的宇宙在一次大规模爆炸中诞生，它产生了第一个亚原子粒子和我们所知的物理定律。 大约 370,000 年后，氢形成了，它是恒星的组成部分，恒星内部的氢和氦融合，产生了所有更重的元素。 虽然氢仍然是宇宙中最普遍的元素，但在星际介质 (ISM) 中很难检测到单独的氢气云。

这使得研究恒星形成的早期阶段变得困难，这将为星系和宇宙的演化提供线索。 由天文学家领导的国际团队 马克斯普朗克天文学研究所 （MPIA）最近注意到我们银河系中有一条巨大的原子氢气丝。 这个名为“Maggie”的结构位于大约 55,000 光年外（在地球的另一侧） 银河系) 并且是我们银河系中观测到的最长的结构之一。

描述他们发现的研究，最近出现在期刊上 天文学与天体物理学, 由博士乔纳斯·赛义德（Jonas Syed）领导。 MPIA的学生。 维也纳大学的研究人员加入了他的行列， 哈佛-史密森天体物理中心 (CfA）， 这 马克斯普朗克射电天文研究所 (MPIFR)、卡尔加里大学、海德堡大学、 天体物理学和行星科学中心， 这 阿格兰德天文学研究所，印度科学研究所，和 美国国家航空航天局的喷气推进实验室（喷气推进实验室）。

该研究基于获得的数据 银河系HI/OH/复合线调查 (THOR)，一个依赖于 Karl G. Jansky 超大阵列 (VLA) 在新墨西哥州。 该项目使用 VLA 的厘米波无线电天线，研究分子云的形成、原子到分子氢的转换、星系的磁场以及与 ISM 和恒星形成相关的其他问题。

最终目的是确定两种最常见的氢同位素如何汇聚形成致密的云层，从而升起新的恒星。 同位素包括原子氢 (H)，由 1 个质子、1 个电子和无中子组成，以及分子氢 (H)₂) 由通过共价键结合在一起的两个氢原子组成。 只有后者会凝结成相对紧凑的云层，这些云层会形成寒冷的区域，最终会出现新的恒星。

这张图片显示了由欧空局的盖亚卫星测量的银河系侧视图的一部分。 暗带由气体和尘埃组成，使嵌入恒星的光变暗。 银河系的银河中心位于图像的右侧，在暗区下方发出明亮的光芒。 中间左侧的方框标记了“Maggie”灯丝的位置。 它显示了原子氢的分布。 颜色表示气体的不同速度。 图片来源：ESA/Gaia/DPAC、CC BY-SA 3.0 IGO 和 T. Müller/J。 赛义德/MPIA

原子氢如何转变为分子氢的过程在很大程度上仍然是未知的，这使得这种超长的灯丝成为一个特别令人兴奋的发现。 已知最大的分子气体云通常长约 800 光年，而玛姬长 3,900 光年，宽 130 光年。 正如 Syed 在最近的 MPIA 中解释的那样 新闻稿：

“这种灯丝的位置促成了这一成功. 我们还不知道它是如何到达那里的。 但是灯丝在银河系平面下方延伸了大约 1600 光年。 观察结果还使我们能够确定氢气的速度. 这使我们能够证明沿着灯丝的速度几乎没有差异。”

研究小组的分析表明，灯丝中的物质平均速度为 54 公里/秒^-1，他们主要通过测量它与银河系圆盘的旋转来确定它。 这意味着波长为 21 厘米的辐射（又名。氢气线“）在宇宙背景下可见，使结构清晰可见。 “观察结果还使我们能够确定氢气的速度，” THOR 负责人、该研究的合著者 Henrik Beuther 说。 “这使我们能够证明沿着灯丝的速度几乎没有差异。”

这张假彩色图像显示了在 21 厘米波长处测量的原子氢的分布。 红色虚线描绘了“Maggie”灯丝。 图片来源：J. Syed/MPIA

由此，研究人员发现 Maggie 是一个连贯的结构。 这些发现证实了维也纳大学的天体物理学家、该论文的合著者 Juan D. Soler 一年前的观察结果。 当他观察到细丝时，他以家乡哥伦比亚最长的河流命名：Río Magdalena（英语：Margaret，或“Maggie”）。 虽然 Maggie 在 Soler 早期对 THOR 数据的评估中可以识别，但只有当前的研究毫无疑问地证明它是一个连贯的结构。

根据之前公布的数据，该团队还估计 Maggie 含有 8% 的分子氢（按质量分数计）。 仔细观察后，研究小组注意到气体在灯丝上的不同点会聚，这使他们得出结论，氢气在这些位置聚集成大云。 他们进一步推测，原子气体将在这些环境中逐渐凝结成分子形式。

“然而，许多问题仍未得到解答，”赛义德补充道。 “我们希望能够为我们提供有关分子气体比例的更多线索的其他数据已经在等待分析。” 幸运的是，一些天基和地基天文台将很快投入使用，这些望远镜将在未来配备用于研究这些细丝的望远镜。 这些包括 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 和无线电调查，如 平方公里阵列 （SKA），这将使我们能够查看宇宙的最早时期（“宇宙黎明”）和我们宇宙中的第一颗恒星。

最初发表于 今日宇宙.

有关这项研究的更多信息，请参阅 巨大的长丝结构——3900 光年长——在银河系中发现.

参考：J. Syed、J. D. Soler、H. Beuther、Y. Wang、S. Suri、J. D. Henshaw、M. Riener、S. Bialy、S. Rezaei Kh.、JM Stil、PF Goldsmith、MR Rugel、SCO Glover、RS Klessen、J. Kerp、JS Urquhart、J. Ott、N. Roy、N. Schneider、RJ Smith、SN Longmore 和 H. Linz，12 月 20 日2021年， 天文学与天体物理学.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265