我国学者在宇宙再电离研究方面取得进展

　　

图  星系CDFS-6664（红移约3.8）的莱曼电离光子辐射探测、能量光谱分布和莱曼阿尔法发射线形状

　　在国家自然科学基金项目（批准号：11773051、12022303）等资助下，中国科学院上海天文台郑振亚研究员团队通过分析哈勃空间望远镜（HST）著名深场GOODS-S的观测数据，发现了一例在红移3.8处的具有莱曼电离光子逃逸的星系，为探索星系驱动宇宙再电离过程提供了绝佳的研究对象。研究成果以“CDFS-6664: 哈勃紫外超深场中红移3.8处的莱曼连续谱发射候选体（CDFS-6664: A Candidate of Lyman-continuum Emission at z～ 3.8 Detected by the Hubble Deep UV Legacy Survey）”为题，于2021年12月24日在线发表在《天体物理快报》（The Astrophysical Journal Letters）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac4170。

　　发生于大约130亿年前的宇宙再电离过程，涉及到宇宙中第一代天体的诞生和整体宇宙的最后一次重大相变过程，即宇宙中最丰富的元素—氢—在整体中性氢的环境下被第一代恒星、星系和黑洞所产生的紫外光子电离变成整体电离氢的过程，是当前天文学最前沿的领域之一。正在飞向目的轨道的韦布（JWST）空间望远镜和下一代射电望远镜平方公里阵列SKA均将宇宙再电离设为其核心科学目标之一。然而，因为星系际介质的吸收以及光度的距离衰减效应，对星系的莱曼电离光子逃逸问题的研究，仅局限在中低红移处（红移4以下）的十多例具有莱曼电离光子逃逸的星系样本。从现有观测中获取莱曼电离光子（静止坐标系波长在912埃以下）的探测信号极具挑战。

　　利用哈勃望远镜空间紫外深场数据，郑振亚团队对一批具有强发射线的星系进行了莱曼连续谱辐射的系统搜索。他们发现其中一个源—CDFS-6664—在哈勃紫外深场图像上具有信噪比超过5的探测。根据该星系的红移（3.797）可知该信号来自莱曼电离光子的辐射，这说明该星系极有可能具有莱曼电离光子逃逸现象，该星系的谱线形状和光谱能量分布均符合莱曼电离光子逃逸星系的特征。进一步研究发现，该星系周围环境比较特殊，其附近存在的类星体等电离源极有可能对视线方向的中性吸收体进行了电离，使得该星系的莱曼电离光子比其他星系更容易被观测到。综合这些证据，该团队认为该星系属于现有观测中罕见的高红移莱曼电离光子逃逸星系（图）。

　　该研究结果不仅对理解宇宙再电离过程具有重要意义，也进一步确认了空间紫外深场的研究价值。现有观测的深度和面积还不足以更多的发现此类具有莱曼电离光子逃逸的星系，正在研制的中国空间站望远镜（CSST）上的多通道成像仪载荷未来将助力研究人员进一步理解星系的莱曼电离光子逃逸问题。