五百米口径球面射电望远镜(FAST)是世界上口径最大，灵敏度最高的射电望远镜，河外星系的中性氢观测是FAST的重要科学目标之一。近日，国家天文台中智天文联合研究中心的程诚等人利用FAST的19波束接收机对一批低红移恒星形成星系样本中的四个星系进行先导观测(pilot survey)，成功探测到三个星系的中性氢发射线（图1）。该研究论文已经被国际天文学权威期刊A&A Letter接收，这也是FAST公开发表的观测结果中第一次明确探测到河外星系的中性氢发射线。在观测过程中，FAST只用了五分钟曝光时间即探测到了河外星系的中性氢信号，展示出极高的灵敏度。
中性氢是星系中分布的最延展的重子物质结构，星系的CO谱线的辐射则主要来自星系中心区域 (图1 红色轮廓)，因此借助中性氢和CO这两种谱线速度和流量分布，我们可以估计不同半径处的星系动力学质量，进而研究星系的重子和暗物质的分布。这次新观测到的中性氢谱线数据估计得到的星系动力学质量比观测到的重子质量高一个量级，而此前通过CO谱线估计得到的星系动力学质量和重子质量非常接近。这一结果表明我们有可能借助中性氢和CO谱线的观测数据来研究星系的暗物质分布。
这次FAST观测的星系样本选自中智天文联合研究中心程诚和智利瓦尔帕莱索大学天文学家Edo Ibar合作的巡天项目 ‘瓦尔帕莱索阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵发射线巡天’ (Valparaíso ALMA Line Emission Survey)。这批星系有从紫外到远红外的完整的多波段测光数据，斯隆数字巡天光纤光谱，赫歇尔空间天文台远红外[CII]谱线数据。程诚在智利访问期间，和来自智利，英国，美国等国家的天文学家一起合作申请到了位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵和甚大望远镜观测时间，对这批星系做了高分辨的CO气体和光学/近红外集成视场摄谱仪观测。这些数据非常适合研究近邻星系的恒星形成过程，气体的电离源，气体的动力学性质，星系的恒星形成效率等课题，该科学团队也已经得到了一批非常重要的科研成果。尽管此前已经有大量多波段观测数据，为了研究星系的转动速度，中性氢质量和尺寸，星系暗物质比例等课题，仍然非常需要中性氢的观测。这次FAST观测时间申请自“中国天眼”调试阶段风险共担观测申请项目 (观测申请ID：2019A-012-S)，课题组正计划申请更多FAST观测时间对这一星系样本进行更多观测研究。
文章链接：https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2020/06/aa38483-20/aa38483-20.html。
FAST观测的四个星系的假彩色光学图像，CO谱线轮廓(红色)和FAST观测到的中性氢谱线(右下子图)。
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