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120亿光年外发现大量水:为地球储量140万亿倍  

2017-04-20 08:43:36|  分类: 探索发现 |  标签: |举报 |字号 订阅

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120亿光年外发现大量水:为地球储量140万亿倍

这是一幅示意图,显示一颗类似于APM 08279+5255的类星体,其由黑洞驱动。最近天文学家在其周遭发现大量水汽成分。

  这是一幅示意图,显示一颗类似于APM 08279+5255的类星体,其由黑洞驱动。最近天文学家在其周遭发现大量水汽成分。

   水真的是无处不在。最近两个来自美国加州大学的天文学家小组各自独立找到了宇宙中迄今发现的最遥远,规模最大的“水库”。类星体是宇宙中观察到的最明亮,活动最剧烈的天体之一,而正是在一颗距离地球约数百万亿公里的类星体附近,天文学家们发现了巨大的水汽存在。这里的水汽质量约相当于地球上全部水量的140万亿倍,或者说,这些水的质量相当于太阳质量的10万倍。

  由于这颗类星体距离地球极其遥远,其发出的光要经过120亿年才能抵达地球。因此此次的发现过程中所观测的这颗类星体存在于宇宙仅仅诞生16亿年后。马特·布莱德福德(Matt Bradford)来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。他说:“”这颗类星体与众不同,因为他的周遭存在大量的水汽成分。这是一个新的证据,证明水在宇宙中是到处存在的,即使是在宇宙的极早期环境中也是如此。布莱德福德领导的一个国际天文学家小组在《物理学通报》上发表了他们的结果。

  根据现有理论,类星体是由居于其核心部位,正稳步吞噬其周遭气体和尘埃盘的大质量黑洞驱动的。当黑洞吞噬物质时,释放出强烈的辐射。这两组天文学家都对同一个类星体 APM 08279+5255进行了研究,其核心位置存在一个约为200亿倍太阳质量的巨型黑洞,其释放的能量相当于太阳的1000万亿倍。

  不过布莱德福德坦言,由于天文学家们之前便已经预言水分即使在宇宙的早期也应当存在于宇宙之中,因此这一发现本身并不出人意料。我们在银河系中也检测到水汽的存在,尽管它的量仅相当于此次观测的类星体周围水汽的1/4000,这是由于银河系中大部分的水分都以水冰的形式存在,而非水汽。

  然而水汽却是揭示类星体本质的一个重要指示要素。就以这次所观测的黑洞为例,水汽在其周遭形成了一片宽达数百光年的巨大弥漫带,从天文学的角度来看,这说明这些水汽的温度高的异乎寻常,密度高的异乎寻常。尽管事实上这水汽温度很低,而其密度更是仅有地球大气层平均密度的300万亿分之一,但其温度仍然比类似银河系这样的普通星系高出5倍,密度则高出10~100倍。

  水汽仅是在类星体周围发现的多种气体成分之一,并且它的存在也表明类星体正以X射线和红外线两个波段的辐射不断“轰击”着这些气体成分。水汽和这些辐射之间的相互作用可以被观察到,并且用以推断这些气体的性质以及类星体对其施加了何种影响。举例来说,通过对水汽的分析,可以了解类星体的辐射对于其余气体成分的加热情况如何。另外,通过对水汽和其它气体分子,如一氧化碳气体分子的研究,确认这一类星体核心的黑洞仍将有足够的“食物来源”,足以供应它成长为现有质量6倍的庞然大物。但是天文学家们也表示究竟这种情形是否会最终出现还无法确定,这是因为这些气体在被吞噬之前有可能已经冷凝称颗粒并进一步吸积形成行星或被抛射出了类星体周遭的轨道而散失了。

  布莱德福德的小组在2008年进行了他们的观测,使用的是位于夏威夷莫纳克亚山顶的加州理工亚毫米波天文台(CSO)10米望远镜上的Z-Spec设备。Z-Spec是一种高度灵敏的光谱仪,它在工作时必须被冷却到仅有绝对零度以上0.06度。这台设备此次观测时使用的波段是一个被称为“毫米带”的光谱区域,它介于红外和微波波段之间。之所以这次能发现水汽的光谱,便是得益于这一设备的光谱覆盖范围要比之前使用的设备宽10倍以上。随后科学家们使用位于美国南卡罗来纳州的“毫米波天文学联合研究阵列”(CARMA)射电望远镜进行了确认观测。

  天文学家们表示,这一发现凸显了在毫米和亚毫米波段进行观测的价值。在过去的二三十年间,这一波段的观测设备和技术飞速发展,而为了达成这一波段观测的全部潜力,科学家们(包括加州理工的,做出此项发现的科学家们)正在致力于研究一种名为“CCAT”的新型设备——在南美洲智利的阿塔卡玛沙漠中修建一台直径达25米的射电望远镜。

  第二个研究小组由加州理工的达利乌斯·里斯(Dariusz Lis)博士领导,他是加州理工的教授,同时也是亚毫米波天文台(CSO)副主管。他们使用法国位于阿尔卑斯山上的射电望远镜做出了同样的发现。在2010年,里斯的小组在类星体APM 08279+5255周遭寻找氟化氢的光谱信号,未料却无心插柳地发现了水汽的信号。这一信号和水从高能态向低能态转变时释放的辐射信号相符。不过里斯的小组仅仅是在一个单独的频率上发现了一个单独的水汽信号,而得益于更宽波谱覆盖的Z-Spec设备,布莱德福德小组却在多个频段上找到了水汽存在的信号。这些数据使得布莱德福德小组得以计算出这一类星体周遭其它气体的性质,以及这里分布的水汽的量究竟有多少。(晨风)

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