天文学家使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)在年轻星系周围，发现了横跨3万光年半径的巨大气态碳云。这是第一次证实早期宇宙中恒星内部产生的碳原子已经扩散到星系之外。没有理论研究预测到成长中的星系周围有如此巨大的“碳茧”，这对目前对宇宙演化的理解提出了疑问。研究的主要作者、哥本哈根大学天文学家藤本诚司(Seiji Fujimoto)说：我们彻底检查了ALMA科学档案馆。
收集了所有包含宇宙早期星系中碳离子无线电信号的数据，这距离宇宙大爆炸只有10亿年。通过综合所有数据，获得了前所未有的灵敏度，用一次观测获得相同质量数据集需要的时间，是典型ALMA观测所需时间的20倍，这几乎是不可能实现的。宇宙大爆炸时，宇宙中还不存在碳和氧等重元素，是后来由恒星中的核聚变形成。然而，目前还不清楚这些元素是如何在宇宙中传播的。
天文学家已经在年轻星系内发现了重元素，但由于望远镜灵敏度有限，没有发现超出这些星系的重元素。研究小组汇总了存储在数据档案中的微弱信号，并突破了极限。日本国家天文台和东京大学的教授Masami Ouchi解释说：气体碳云几乎是哈勃太空望远镜观测到星系中恒星分布的五倍，发现了漂浮在碳黑宇宙中弥漫但巨大的云层。那么“碳茧”是怎么形成的呢？欧洲南方天文台科学主任罗布·艾维森教授说：
在恒星生命的最后阶段，超新星爆炸会排出恒星中形成的重元素。来自星系中心超大质量黑洞的高能射流和辐射也可能有助于将碳输送到星系之外，最终输送到整个宇宙。我们正在见证这个正在进行的扩散过程，这是宇宙中最早的环境污染。目前理论模型无法解释年轻星系周围如此巨大的碳云，这可能表明必须将一些新的物理过程纳入宇宙学模拟。年轻星系排出的富碳气体似乎远远超出了预期。
研究该团队目前正在使用ALMA和世界各地的其他望远镜，进一步探索这一发现对星系外流和星系周围富碳云的影响。本研究报告了在早期宇宙中发现，围绕恒星形成星系的10kpc尺度的[CII]158um晕。研究选取了18个恒星形成率为~10-70msun、无活动星系核特征的星系内部ALMA数据，在z=5.153-7.142处分别探测到了它们的[CII]线，并在紫外可见面内进行了[CII]线和尘埃连续体的叠加。
表面亮度径向剖面显示，在9.2σ水平，10kpc尺度的[CII]晕比HST恒星连续体和尘埃连续体的指数剖面延长了约5倍。还比较了这个时期恒星形成星系中普遍存在的[CII]和LYA晕的径向分布，发现尺度长度在1sigma水平内一致。虽然两个独立的流体动力学放大模拟与尘埃和恒星连续介质的性质相匹配，但模拟不能再现扩展的[CII]线发射。扩展[CII]晕的存在是早期星系中流出残留物的证据，并表明流出可能是由排出中性气体的冷模流出所主导。
博科园｜研究/来自：日本国立天文台
参考期刊《天体物理学》
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