亞毫米波星系是一類(lèi)在小于1毫米波段觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的高紅移星系，通常具有很高的恒星形成率。近期，中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)麗江天文觀測(cè)站研究員趙應(yīng)和與國(guó)內(nèi)外合作者利用大型（亞）毫米波望遠(yuǎn)鏡ALMA的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)紅移z＝4.755的亞毫米波星系--LESS 073中的一氧化碳中階轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)射線（能級(jí)J從7到6，記作J＝7-6）進(jìn)行研究，揭示其中的星際介質(zhì)和恒星形成性質(zhì)。該研究成果于4月7日在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上發(fā)表。

恒星形成是星系演化最基本的驅(qū)動(dòng)力之一，然而對(duì)于那些距離我們很遙遠(yuǎn)的天體，要想準(zhǔn)確得知它們的恒星形成性質(zhì)通常很困難，需要耗費(fèi)非常多的資源。因此，該團(tuán)隊(duì)于2015年提出，可以利用不同原子、離子和分子氣體在亞毫米波段的發(fā)射線，來(lái)高效率地測(cè)量宇宙早期星系中的恒星形成性質(zhì)（包括氣體轉(zhuǎn)化成恒星的速率，即恒星形成率SFR）。也就是利用這些譜線強(qiáng)度及它們相互之間的比值與SFR、遠(yuǎn)紅外塵埃連續(xù)譜顏色（即60微米和100微米之間的強(qiáng)度比值，記作f60/f100）、總氣體質(zhì)量等之間的相關(guān)性。

該項(xiàng)工作正是基于這一方法，通過(guò)觀測(cè)紅移z＝4.755（即位于現(xiàn)在宇宙年齡的1/11處）的天體LESS 073中的一氧化碳J=7-6發(fā)射（波長(zhǎng)約370微米；見(jiàn)圖1），結(jié)合文獻(xiàn)中給出的碳離子［CII］158微米、氮離子［NII］205微米發(fā)射線強(qiáng)度，得到LESS 073在紅外波段發(fā)出的總光度約為太陽(yáng)光度的6萬(wàn)億倍，塵埃溫度約為58開(kāi)爾文（約-215攝氏度），SFR約為每年760個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，總分子氣體質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的330億倍，這意味著按照當(dāng)前的SFR，其中的氣體將在4300萬(wàn)年內(nèi)消耗完。

另外，根據(jù)近鄰星系中上述譜線比值與f60/f100之間的相關(guān)性，研究人員推測(cè)出LESS 073中f60/f100約為0.9，這表明其中的恒星形成活動(dòng)非常劇烈，因?yàn)檫@需要足夠的來(lái)自大質(zhì)量年輕恒星發(fā)出的紫外光子來(lái)加熱塵埃。而且，該數(shù)值與通過(guò)擬合其紅外譜能量分布得到的結(jié)果非常一致，證明該團(tuán)隊(duì)2015年提出的方法是一種實(shí)用而且高效的方法。

最后，通過(guò)比較近鄰和高紅移星系中的一氧化碳J＝7-6發(fā)射（圖2），研究人員還發(fā)現(xiàn)LESS 073中一氧化碳的激發(fā)非常高，且與恒星形成無(wú)關(guān)的激波對(duì)激發(fā)一氧化碳發(fā)射應(yīng)該有一定的貢獻(xiàn)，從另一方面說(shuō)明一氧化碳J＝7-6發(fā)射可能不適用于測(cè)量這類(lèi)天體中的SFR。

該項(xiàng)工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

圖1、(a)一氧化碳J＝7-6發(fā)射。

圖2、不同紅移星系中一氧化碳J＝7-6發(fā)射與遠(yuǎn)紅外光度的關(guān)系。