亞毫米波星系是一類在小于1毫米波段觀測發(fā)現(xiàn)的高紅移星系，通常具有很高的恒星形成率。近期，中國科學(xué)院云南天文臺麗江天文觀測站研究員趙應(yīng)和與國內(nèi)外合作者利用大型（亞）毫米波望遠(yuǎn)鏡ALMA的觀測數(shù)據(jù)，對紅移z＝4.755的亞毫米波星系--LESS 073中的一氧化碳中階轉(zhuǎn)動發(fā)射線（能級J從7到6，記作J＝7-6）進行研究，揭示其中的星際介質(zhì)和恒星形成性質(zhì)。該研究成果于4月7日在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上發(fā)表。

恒星形成是星系演化最基本的驅(qū)動力之一，然而對于那些距離我們很遙遠(yuǎn)的天體，要想準(zhǔn)確得知它們的恒星形成性質(zhì)通常很困難，需要耗費非常多的資源。因此，該團隊于2015年提出，可以利用不同原子、離子和分子氣體在亞毫米波段的發(fā)射線，來高效率地測量宇宙早期星系中的恒星形成性質(zhì)（包括氣體轉(zhuǎn)化成恒星的速率，即恒星形成率SFR）。也就是利用這些譜線強度及它們相互之間的比值與SFR、遠(yuǎn)紅外塵埃連續(xù)譜顏色（即60微米和100微米之間的強度比值，記作f60/f100）、總氣體質(zhì)量等之間的相關(guān)性。

該項工作正是基于這一方法，通過觀測紅移z＝4.755（即位于現(xiàn)在宇宙年齡的1/11處）的天體LESS 073中的一氧化碳J=7-6發(fā)射（波長約370微米；見圖1），結(jié)合文獻中給出的碳離子［CII］158微米、氮離子［NII］205微米發(fā)射線強度，得到LESS 073在紅外波段發(fā)出的總光度約為太陽光度的6萬億倍，塵埃溫度約為58開爾文（約-215攝氏度），SFR約為每年760個太陽質(zhì)量，總分子氣體質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的330億倍，這意味著按照當(dāng)前的SFR，其中的氣體將在4300萬年內(nèi)消耗完。

另外，根據(jù)近鄰星系中上述譜線比值與f60/f100之間的相關(guān)性，研究人員推測出LESS 073中f60/f100約為0.9，這表明其中的恒星形成活動非常劇烈，因為這需要足夠的來自大質(zhì)量年輕恒星發(fā)出的紫外光子來加熱塵埃。而且，該數(shù)值與通過擬合其紅外譜能量分布得到的結(jié)果非常一致，證明該團隊2015年提出的方法是一種實用而且高效的方法。

最后，通過比較近鄰和高紅移星系中的一氧化碳J＝7-6發(fā)射（圖2），研究人員還發(fā)現(xiàn)LESS 073中一氧化碳的激發(fā)非常高，且與恒星形成無關(guān)的激波對激發(fā)一氧化碳發(fā)射應(yīng)該有一定的貢獻，從另一方面說明一氧化碳J＝7-6發(fā)射可能不適用于測量這類天體中的SFR。

該項工作得到科技部重點研發(fā)基金、國家自然科學(xué)基金的支持。

圖1、(a)一氧化碳J＝7-6發(fā)射。

圖2、不同紅移星系中一氧化碳J＝7-6發(fā)射與遠(yuǎn)紅外光度的關(guān)系。