天文學家首次在遙遠星系中發現氟元素

蕭路

【正見新聞網2021年11月05日】

 
圖:NGP–190387概念圖。Credit: ESO/M. Kornmesser

很多人相信人的生命是來自宇宙中的,是在宇宙的各種相互作用和物理機制下形成的。最新的天文發現又給出了非常有趣的新證據。

一項新的觀測揭示了氟元素,也就是在我們的骨骼和牙齒中發現的氟化物的主要元素成分,是如何在宇宙中形成的。

使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米望遠鏡陣列 (ALMA),一組天文學家在一個距離我們120億光年的遙遠星系中探測到了這種元素。這是第一次在如此遙遠的恆星形成星系中發現氟元素。

「我們都知道氟,因為我們每天使用的牙膏中都含有氟化物成分,」論文的主要作者、英國赫特福德大學(University of Hertfordshire)的馬克西米利安·佛朗哥(Maximilien Franco)在一份聲明中說。像我們周圍的大多數化學元素一樣,氟元素也是在恆星內部產生的,但直到現在,我們還不知道這種元素是如何產生的。 「我們甚至不知道宇宙中哪種類型的恆星產生了大部分的氟!」

佛朗哥所在研究團隊在編號為NGP-190387的遙遠星系的巨大氣體雲中發現了氟元素。在那裡氟元素是以氟化氫的形式存在。這個星系如此遙遠,以至於它的光需要120億年才能到達地球,所以我們看到它的樣子是大約宇宙只有現在十分之一的年齡。

由於恆星在衰亡時會釋放它們在核心中形成的元素,因此這個發現意味著產生氟元素的恆星一定只存在了很短時間就消亡了。

研究團隊認為,一種被稱為沃爾夫-拉葉星的恆星是最有可能產生氟的場所。它們的壽命只有幾百萬年,在宇宙中僅僅是一瞬間。研究團隊認為沃爾夫-拉葉星才能解釋團隊發現的氟化氫含量。沃爾夫-拉葉星以前曾被認為是宇宙中氟的可能來源,但天文學家直到現在才知道它們在早期宇宙中產生氟元素扮演了多麼重要的角色。

「我們已經證明,沃爾夫-拉葉星作為已知質量最大的恆星之一,在生命結束時會劇烈爆炸,在某種程度上幫助我們保持良好的牙齒健康!」弗蘭科開玩笑說。

除了這些恆星之外,過去還提出了氟如何產生和釋放的其它理論,例如質量高達太陽幾倍的巨大成熟恆星的脈動。但研究團隊認為,一些理論需要數十億年才能產生氟元素,可能無法完全解釋NGP-190387中的氟含量。

「對於這個星系,僅僅用了幾千萬年或幾億年的時間,氟含量就可以與銀河系的恆星中發現的氟含量相媲美,而後者已有 135 億年的歷史。這是一個完全出乎意料的結果,」赫特福德大學的小林千晶教授在上述聲明中說。 「我們的觀測為氟的來源增加了一個全新的限制,這已經研究了二十年。」

NGP-190387中的發現標誌著在銀河系及其鄰近星系之外首次檢測到氟。天文學家此前曾在遙遠的類星體中發現過這種元素,這些明亮的物體由一些星系中心的超大質量黑洞提供動力。但在宇宙歷史的早期,從未在恆星形成星系中觀察到這種元素。

研究團隊觀測到氟元素是一個偶然的發現。NGP-190387最初是由歐洲航天局(ESA)的赫歇爾太空天文台(Herschel Space Observatory)發現,後來由位於智利的ALMA觀測到。考慮到它距離如此之遠,它在這個距離下算是異常明亮的星系。ALMA數據證實,NGP-190387的異常光度部分是由另一個已知的大質量星系引起的。該星系位於NGP-190387和地球之間,非常靠近視線。這個巨大的星系放大了研究團隊觀察到的光,使他們能夠發現數十億年前由NGP-190387中的氟元素髮出的微弱輻射。

未來使用正在智利建設中的極大望遠鏡(ELT)可以對NGP-190387進行研究,可能會揭示關於這個星系的更多秘密。「ALMA 對寒冷的星際氣體和塵埃發出的輻射很敏感,」歐洲南方天文台研究員楊辰濤在上述聲明中說。 「藉助ELT,我們將能夠直接通過恆星的光觀察NGP-190387,獲得有關該星系恆星成分的重要信息。」
這項新研究的論文發表在11月4日的《自然天文》上。
 

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