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天文学家在早期星系周围发现大量氢元素

德州麦克唐纳天文台的霍比–埃伯利望远镜的暗能量实验，发现了巨大的氢气晕，其尺度从数万到数十万光年不等。（NASA）

2026年3月发表于《天文物理学期刊》（The Astrophysical Journal）的新研究指出，围绕星系的氢气云比先前认为的要普遍得多，这揭示了宇宙中氢这种最基本元素的隐藏在哪里。

大约在100亿到120亿年前，被称为“宇宙正午”（cosmic noon）的时期，星系的恒星形成速率达到颠峰。这需要大量的氢气供应，而氢气正是形成恒星的主要原料。然而，直到最近，宇宙中仅检测到大约3000个这样的气体晕（gas halo）。

最新一项研究——HETDEX实验，将这一数量提高到超过3,3万个，为研究人员提供了更完整的数据集，用于研究早期星系是如何开始形成并演化的。

HETDEX实验

由于氢本身不会发光，想探测到它，需要它位于一个会释放大量能量的天体（例如充满发射紫外线恒星的星系或星系团）附近，使氢气受激发而发光，进而被望远镜探测到。

然而，要捕捉这种微弱信号，需要使用高度灵敏的仪器进行长时间观测，而这些条件并不总是容易具备。虽然先前的天文观测已经发现了一些这样的晕，但当时的仪器只能侦测到最明亮、性质最极端的氢气晕。

这项新研究——德州麦克唐纳天文台的霍比–埃伯利望远镜（Hobby-Eberly Telescope，HET）暗能量实验（Dark Energy Experiment）（缩写为HETDEX），正使用HET绘制超过一百万个星系的位置。

“我们不仅针对这些星系，还针对其间的区域，共收集了近半个拍位元组（petabyte，又称千兆位元组）的数据。”HETDEX项目首席研究员、德州大学奥斯汀分校天文学系主任卡尔‧格布哈特博士（Dr. Karl Gebhardt）表示。

“我们的观测范围涵盖了相当于2,000个满月面积的天空区域。这项观测的规模极其庞大，前所未有。”

“霍比-埃伯利望远镜是全球最大的望远镜之一。”HETDEX项目科学家、德州大学奥斯汀分校博士后研究员达斯汀‧戴维斯博士（Dr. Dustin Davis）补充道。

“而且HETDEX使用的仪器每次观测都能产生10万条光谱。因此，我们拥有海量的数据，其中蕴藏着各种精妙、有趣且奇特的现象，正等待着我们去发掘。”

找到数万个氢气晕

为了寻找氢气晕，天文学家从HETDEX迄今为止已识别出的超过160万个早期星系中，挑选出了最明亮的7万个。

借助德州先进运算中心（Texas Advanced Computing Center）的超级计算机，他们观察了其中有多少个星系显示出周围氢气晕的迹象。

据该团队称，这些氢气晕的尺度从数万光年到数十万光年不等。

其中一些是围绕单一星系的简单橄榄球形气云，而另一些则是包含多个星系的大型、不规则结构。

“那些是最有趣的。它们看起来像巨大的变形虫，带着延伸到太空中的触手。”HETDEX资料管理员、德州大学奥斯汀分校研究员艾琳‧门图奇‧库珀（Erin Mentuch Cooper）表示。

整体而言，此项发现不仅重新界定早期宇宙中气体分布的规模与结构，也为研究人员提供了更完整的数据集，用于研究早期星系是如何开始形成并演化的。