氢（HI）是宇宙中最丰富的元素，它也是星系中形成恒星的重要原料。观测发现，高红移【1】天体系统的恒星形成率较高，因此预计高红移星系中冷氢气的相对含量（丰度）较高，但实际观测却发现高红移星系中探测到HI 21cm吸收线的比例非常低【2】。 

        针对这一差异，有研究认为，来自星系中心的活动星系核的强烈紫外线辐射可能会电离周围的星际介质，降低了中性气体含量，从而降低了HI吸收强度，以致于探测不到。研究人员提出，活动星系核存在一个截止紫外光度，在这个光度之上，一个典型的宿主星系中所有的中性氢都会被完全电离，无法探测到HI 21cm吸收。 

        近日，上海天文台的博士后Aditya、安涛研究员以及合作者取得了一个对该解释提出挑战的新发现，在紫外光度5倍于截止紫外光度的天体中仍然探测到中性氢存在的强有力证据。目前该工作已被国际顶尖学术期刊《英国皇家天文学会月刊》（MNRAS）接收。 

        在明亮的背景射电源（如活动星系核）照射下，处于前景的中性氢产生吸收，即波长在21厘米处的HI吸收（HI 21cm吸收线）。HI 21cm吸收线观测是射电天文中探测星系中气体含量和研究其物理性质的一种常用技术。相比于中性氢的发射线，HI 21cm吸收线的观测技术能用于探测更远距离（更高红移）的天体系统。此外，通过HI 21cm吸收线观测所研究的对象是温度很低的氢气，这些冷氢气是分子态氢气的前身，而分子态氢气又是恒星形成的原料，因此HI 21cm吸收线为研究星系、尤其是遥远宇宙中星系的恒星活动的初始状态提供了关键信息。  

        据安涛研究员介绍，他们所开展的研究工作关注的是距离我们约119亿光年（红移约3.5）的射电源（8C 0604+728），是目前已经探测到中性氢吸收的最高红移天体之一。该研究团组利用前人获取的光学光谱，估算出中央活动星系核的紫外光度，发现这一光度是上述提及的紫外光度分界线的5倍左右。2018年，该研究团组利用升级后的巨大米波射电望远镜（upgraded Giant Meterwave Radio Telescope; uGMRT）观测到该天体的HI 21cm吸收谱。在射电和光学光谱中，该团组分别通过HI 21cm和氢的莱曼谱线均探测到中性气体，这表明中性氢气的确能在高红移活动星系核中"存活"。

　　图1：2018年利用uGMRT观测到的HI 21cm吸收谱 

        “紫外辐射强势，仍有中性氢幸存”，安涛研究员表示，这一观测结果预示着高红移星系的中性气体含量可能要比预想的高得多，即使活动星系核的紫外线辐射通过电离，部分降低了宿主星系的中性氢含量，但仍旧很大一部分中性氢气体因其较高的密度而未被电离，得以存活下来。 

        安涛研究员表示，下一步还需要开展大样本的深度观测，去探究高红移星系是否普遍具有超高的中性气体含量，这对于理解高红移星系中恒星的形成非常重要。     

　　注1：红移指物体的电磁辐射由于某种原因频率降低的现象。这里的红移指宇宙学红移，即由于宇宙膨胀所造成的天体光谱张观察到的红移现象。 

　　注2：研究人员已经在超过150个低红移（z<1）星系和活动星系核中探测到HI 21cm吸收，但在高红移下，只有少数(约10个)探测被发现和公开报道。  

　　科研成果在线链接： 

　　Aditya JNHS, Jorgenson R., Joshi V., Singh V., An T., Chandola Y., 2020, arXiv:2010.10565. uGMRT detection of associated HI 21 cm absorption at z = 3.5 (MNRAS, in press) https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv201010565S/abstract       

　　科学联系人： 

　　Aditya JNHS，中国科学院上海天文台，adi.jnhs@gmail.com 

　　安涛，中国科学院上海天文台， antao@shao.ac.cn   

　　新闻联系人： 

　　左文文，中国科学院上海天文台，wenwenzuo@shao.ac.cn