中国天眼FAST发现一批最遥远中性氢星系样本，该成果于北京时间5月10日在国际科学期刊《天体物理通讯》在线发表(The most distant HI galaxies discovered by the 500 m dish FAST，ApJL,2024)
氢是宇宙中最早形成的元素，通常以中性氢(HI)形式存在。中性氢也是星系中气体循环重要的组成成分，为恒星形成区提供燃料，也是研究星系动力学结构重要探针。中性氢旋转曲线提供了暗物质存在的观测证据，为标准宇宙模型的建立提供了坚实基础。
澳大利亚Parkes 64米射电望远镜对南天6亿光年内星系进行了搜寻，探测到约5000个中性氢星系。美国Arecibo 305米射电望远镜对北天8亿光年内进行搜寻，探测到约30000个星系。这些星系样本首次给出了中性氢星系质量分布，天文学家得以系统地研究中性氢气体与恒星质量、恒星形成率的关系。
图1：黑色实线是FAST观测的星系中性氢谱线。红色实线为拟合线、蓝色实线为光学光谱、红色虚线为光学对应体相对速度。
中国科学院国家天文台彭勃研究员主持的FAST超深场巡天（FAST Ultra-Deep Survey, FUDS)项目，充分发挥FAST高灵敏度以及19波束接收机大视场优势，对远距离和暗弱中性氢星系开展深度 “盲寻”。在先导巡天中发现了6个距离约为50亿光年的中性氢星系（图1-2）。这是迄今用21cm发射线直接探测到的最远的中性氢星系样本（图3）。其中一个星系具有迄今最大的中性氢质量。FUDS项目团队估算了样本中大质量中性氢星系的密度，发现42亿年前的宇宙中，拥有更多大质量中性氢星系。通过合作者的DESI谱线数据，以及使用Hale 5米、BTA 6米和Keck 10米光学望远镜多波段观测，成功找到了这6个远距离中性氢星系的光学对应体，表明在远距离星系探测上，FAST提供了探测遥远中性氢星系的新途径。
图2：FAST探测的星系中性氢柱密度叠加在DESI Legacy Survey的三色图上，红圈代表该红移处FAST波束大小。右下角展示了放大的光学对应体。
图3：红移与回看时间和距离关系。不同数据点展示各巡天项目发现的最高红移星系处的回看时间和共动距离。
论文第一作者是中国科学院国家天文台席宏伟博士，共同通讯作者是中国科学院国家天文台彭勃研究员、西澳大利亚大学Lister Staveley-Smith教授，合作者还有Bi-Qing For, Bin Liu, Ru-Rong Chen, Lei Yu, Dejian Ding, Wei-Jian Guo, Hu Zou, Suijian Xue, Jing Wang, Thomas G. Brink, WeiKang Zheng, Alexei V. Filippenko, Yi Yang, Jianyan Wei, Y. Sophia Dai, Zi-Jian Li, Zizhao He, Chengzi Jiang, Alexei Moiseev 和 Sergey Kotov。主要合作单位还有：澳大利亚ICRAR, 澳大利亚ASTRO 3D, 中国科学院大学、广西大学、加州大学伯克利分校，清华大学，中国科学院紫金山天文台，中国科学技术大学，俄罗斯科学院特殊天体物理台等。
论文链接：URL https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad4357
视频演示：FAST发现的最遥远中性氢星系
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