9月27日，国际知名天文期刊《自然—天文》（Nature Astronomy）发表了清华大学天文系教授蔡峥课题组的研究结果。课题组通过观测发现，大质量星体的反馈作用对于早期宇宙重元素起源的影响力，要比之前普遍认知的要大得多。
在接受《明升官网明升体育app报》采访时，蔡峥介绍说，在宇宙中，绝大部分物质不在星系里，而在星系之间。这部分弥散在星系之间广袤空间里的物质被称为星系际介质。
在宇宙大爆炸初期，宇宙中只存在大量的氢、氦和少量的锂，没有更重的元素（如碳，氮，氧等）。但是天文学家们从距离大爆炸仅10亿年的宇宙中，利用类星体光谱，确认了星系际介质中已经存在了较重的元素。
“这些早期宇宙中的重元素究竟从何而来，它们又是如何到达星际介质中的？这一问题直到今天依然是观测宇宙学的一个关键性问题。”蔡峥说，今年4月，《明升体育app》联合上海交通大学发布了人类目前125个比较难解的明升体育app问题，早期宇宙中重元素的起源问题便位列其中。
对于这一问题，目前明升体育app界比较公认的理论认为，早期星际介质中的重元素主要是被小质量星系的恒星星风，或者活动星系核反馈抛射到宇宙空间中的。在这个模型框架下，小质量星系的活动似乎是星际介质重元素起源的原因。
然而在实际观测中，由于小质量星系本身亮度很低，加之星系很可能是被尘埃所遮蔽，传统的光学观测并不能有效地支持这一理论。对此，蔡峥所领导的一个项目将观测手段转向了射电观测。
该项目组利用国际上最大的射电望远镜——位于智利北部的ALMA阵列，观测到宇宙早期某颗类星体所发射的光束，在途径距离地球125亿光年外的宇宙某区域时，出现了比较明显的氧吸收现象，导致课题组观测到的宇宙早期中性氧吸收线出现明显的折叠。“这说明该片区域存在一个较强的氧元素吸收体，而该吸收体中存在的氧元素，便是周围星系通过自身的反馈作用‘抛’入宇宙中，进而富集于此的。”蔡峥说。
大质量星系“抛”出的氧元素富集，导致中性氧吸收线出现折叠 清华大学供图
在进行了仔细地数据分析和处理后，团队发现一个位于这些宇宙早期星际介质中氧元素附近的候选星系，该星系与氧吸收体的距离约6万光年。这一发现表明，大质量星系的反馈作用可能比之前想的重要。
在进一步的观测中，课题组将该星系与理论上的数值模拟进行对比，并发现该候选星系的质量要比通过现有理论预言的质量重1-2个数量级，且该星系与其吸收体的距离也超出理论预测的1个量级。
“这清晰地表明，宇宙早期星际介质中的重元素，也许并不全部起源于小质量星系的活动，大质量星系的贡献很可能比先前明升体育app界所认为的要重要得多。”蔡峥说。
通过测算，课题组还发现，大质量星系通过反馈作用向宇宙空间“抛”出气体和元素的距离，可能比我们此前预想得要更远。蔡峥表示，以本次观测的星系为例，该星系的光度约为太阳光度的一亿倍，其可以将氧等重元素抛到六万光年之外。相比之下，人们通常认为银河系星盘的直径也只有大约20万光年左右。
蔡峥表示，该发现对于目前明升体育app界通行的星系反馈和大质量星系形成的理论形成了一定的挑战，对于我们理解大质量星系的形成与演化有着关键意义。
相关论文信息： http://doi.org/10.1038/s41550-021-01471-4
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