近日，中國科學(xué)院上海天文臺早期宇宙與高紅移星系團組通過分析哈勃空間望遠鏡(HST)著名深場GOODS-S的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一例121億光年之外(紅移3.8)、具有萊曼電離光子逃逸的星系。這一星系的發(fā)現(xiàn)為探索星系驅(qū)動宇宙再電離過程提供了絕佳的研究對象。相關(guān)成果發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。

宇宙再電離時期發(fā)生在約130億年前，涉及宇宙中第一代天體的誕生和整體宇宙的最后一次重大相變。在這個過程中，宇宙中最豐富的元素氫在整體中性氫的環(huán)境里，在第一代恒星、星系和黑洞所產(chǎn)生的紫外光子的電離作用下，變成了整體電離氫。因此，對于宇宙再電離時期的研究是當(dāng)前天文學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一，正在飛向目的軌道的韋布(JWST)空間望遠鏡和下一代平方公里陣列射電望遠鏡(SKA)都已將宇宙再電離納入核心科學(xué)目標(biāo)。

然而，由于星系際介質(zhì)的吸收以及流量信號隨距離增加而減弱的效應(yīng)，科學(xué)家無法直接觀測到宇宙再電離時期星系所產(chǎn)生的萊曼電離光子對周圍中性氫進行電離的過程。因此，在星系的萊曼電離光子逃逸問題上，僅局限于對中低紅移處(紅移4以下)的十多例具有萊曼電離光子逃逸的星系樣本的研究。這些研究需要深度的紫外觀測數(shù)據(jù)以獲取紅移后的萊曼電離光子(靜止坐標(biāo)系波長在912埃以下)的探測信號，來計算星系對中性氫的電離能力，從而理解宇宙再電離過程。

此次研究中，研究人員利用空間紫外深場數(shù)據(jù)，對一批具有強發(fā)射線的星系進行了系統(tǒng)搜索，并發(fā)現(xiàn)其中一個星系——CDFS-6664在哈勃紫外深場圖像上具有信噪比超過5的探測。根據(jù)該星系的紅移可知，該信號來自萊曼電離光子的輻射，這說明該星系極有可能具有萊曼電離光子逃逸現(xiàn)象。論文第一作者、上海天文臺副研究員袁方婷介紹：“我們通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，該星系的譜線形狀和光譜能量分布均符合萊曼電離光子逃逸星系的特征，還發(fā)現(xiàn)該星系周圍環(huán)境比較特殊，其附近存在的類星體等電離源極有可能對視線方向上的中性吸收體進行了電離，使得該星系的萊曼電離光子比其他星系更容易被我們觀測到。綜合這些證據(jù)，我們認為該星系屬于現(xiàn)有觀測中罕見的高紅移萊曼電離光子逃逸星系。”

此項工作主要基于哈勃空間望遠鏡的紫外深場HDUV數(shù)據(jù)。論文合作者、上海天文臺研究員鄭振亞表示，該工作進一步確認了空間紫外深場的研究價值。(袁方婷)