近期，上海天文台活动星系核结构与演化团组与澳大利亚First Large Absorption Survey in HI（FLASH）[1]团队合作，利用Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP)望远镜对Galaxy And Mass Assembly (GAMA)赤道天区内已知红移从0.42到1.00的星系进行了关联型中性氢21cm吸收线（Associated HI 21cm absorption line）盲搜。研究人员从GAMA赤道天区内选出了326个红移在0.42至1.00区间的855.5 MHz峰值流量密度大于10 mJy的射电源并对其光谱进行搜寻，发现了2条关联型中性氢21cm吸收线。这2条吸收线都有着较大的峰值光深（>0.1），都在致密射电源中发现，其寄主星系颜色都偏红且都是低激发态星系。该发现对天文学家进一步理解红移0.42到1.00区间内的中性氢气体含量与特点具有重要作用。相关研究已于2022年10月发表在《皇家天文学会月刊》上。
氢元素是最简单的元素，也是宇宙中最多的元素。中性氢研究一直是天文领域的前沿课题，对中性氢的示踪能帮助天文学家理解恒星形成、星系结构、气体动力学和活动星系核的吸积与反馈等诸多天体物理问题，对研究星系和宇宙的演化具有重要意义。目前，天文学家主要通过观测中性氢21cm辐射和吸收，以及莱曼α吸收等方法来示踪中性氢。由于中性氢21cm辐射不强，现有的射电望远镜在合理曝光时间内观测到的主要是近邻星系（z<0.1）中的中性氢。天文学家可以通过莱曼α吸收来探测更远、更高红移的中性氢。然而由于莱曼α吸收线本身处于紫外波段，所以地球上的光学望远镜只能观测z>1.7的莱曼α吸收线。幸运的是，中性氢21cm的吸收没有红移的限制，能够作为互补的方法来探索前两种方法很难探测的红移区间内的中性氢气体。
目前为止，天文学家已观测到约200条左右的中性氢21cm吸收线，大多集中在红移z<0.4内[2][3]。为了搜寻更多的中性氢21cm吸收线来研究中性氢的演化，FLASH团队利用ASKAP望远镜开展了中性氢21cm吸收线的盲搜计划,主要是探测北纬18度以南红移0.42到1.00区间内的中性氢气体。这种盲搜观测能够避免由于预先挑选观测对象所带来的偏差，也能够帮助研究人员给出中性氢气体性质更为全面而完整的统计分析结果。
中国科学院上海天文台研究人员在GAMA赤道天区搜集了326个红移在0.42到1.00之间、855.5 MHz峰值流量密度大于10 mJy的射电源来进行关联型中性氢21cm吸收线的搜寻。在本次研究中，如何从大量射电源里挑选出符合要求的射电源是个难点。为了挑选出适合本次研究的射电源，研究人员首先将多个天文数据库中的GAMA区域里红移从0.42到1.00的星系挑了出来——例如斯隆巡天数据库、GAMA巡天数据库以及NED（NASA/IPAC Extragalactic Database）数据库等，然后将这些星系与FLASH观测得到的射电源目录相交叉后，再将855.5 MHz峰值流量密度大于10 mJy的射电源挑选了出来，最终由研究人员逐个审查确定了这326个目标射电源。最终，研究人员成功搜寻到2个置信的探测（图1）。同时，研究人员还通过与以往的研究结果进行对比后发现，对于峰值光深大于0.1且置信度大于3σ的吸收线，其探测率随红移的增大而减小（图2）。
论文第一作者苏仁智说：“这是一次真正意义上的盲搜，我们没有提前考虑寄主星系是什么类型的，也没考虑射电源是不是致密源。”上海天文台顾敏峰研究员表示：“这是一次成功的观测，也是FLASH首批科学成果之一，为FLASH之后的巡天以及以后SKA的巡天做了很好的铺垫，意义重大。”顾敏峰还表示，中性氢气体探测和性质分析是SKA重要科学之一，国际上已有多个项目利用SKA先导阵望远镜开展相关预研。目前，FLASH已开始了正式的巡天，研究人员期待更多的科研产出，也期待中国科研人员能更多地参与这一国际合作项目。
此工作得到国家自然科学基金委项目和中国SKA人才培养专项的支持。
图1，FLASH在GAMA天区探测到了两条关联性中性氢21cm吸收线。左边是光学图像上面叠加了射电轮廓。右边是探测到的吸收线。
图2，峰值光深大于0.1且置信度大于3σ的关联型中性氢21cm吸收线的探测率随红移的增大而减小。
参考文献：
[1] Allison, J., Sadler, E., Amaral, D., et al., The First Large Absorption Survey in H I (FLASH): I. Science goals and survey design, 2022, PASA, 39, 10
[2] Curran, S.J., Duchesne, S.W., The mid-infrared properties and gas content of active galaxies over large lookback times, 2018, MNRAS, 476, 3580
[3] Morganti, R., Oosterloo, T., The interstellar and circumnuclear medium of active nuclei traced by H i 21 cm absorption, 2018，A&ARv, 26, 4
苏仁智，中国科学院上海天文台，surz@shao.ac.cn
顾敏峰，中国科学院上海天文台，gumf@shao.ac.cn
