氧气现身河外星系 射电望远镜捕捉微弱氧分子信号

NASA

近日，在距地球5.6亿光年的“马卡良231”(Markarian 231)星系内，中外科学家联手发现了氧气。据悉，这是人类首次在银河系外发现氧气，也是迄今为止在太阳系外探测到氧气最多的一次。日前，此研究成果发表于《天体物理学》杂志。

这一惊人的发现引发了大量关注。“马卡良231”星系是什么?天文学家是如何在“马卡良231”中发现氧气的?此次发现是否代表着在银河系外找到了适宜生命产生的环境?

氧原子从撕裂的水冰中逃脱

“马卡良231”位于大熊星座，距地球约5.6亿光年，是亚美尼亚布拉堪天文台于1969年的紫外线辐射巡天项目中发现的星系。“马卡良231”属于塞弗特(Syfert)星系，这是一类中心有明亮恒星状天体的旋涡星系。“马卡良231”星系内，气体围绕一颗超大质量黑洞旋转并变得很热，发出明亮光芒。

2015年，天文学家推测“马卡良231”的中央可能是一个二元黑洞，两个超大质量的黑洞以极快的速度相互旋转。“马卡良231”内部包含了人类已知最近的类星体。而且，由于该星系内核十分活跃，它内部产生的连续脉冲驱动分子快速向外流动(类似于分子云的水释放氧气的过程)。据悉，这是天文学家在“马卡良231”星系寻找氧气的重要原因。

氧在宇宙中的丰度仅次于氢和氦。此前，天文学家曾认为分子氧在恒星间的空间内普遍存在，但一直未有证据表明银河系外也有氧气。天文学家解释到，星际间缺乏氧气是由于氧原子和水分子冻结在尘埃颗粒上，致使氧气被“锁住”。

当然，这并不意味着我们没有探测到氧气的可能。天文学家表示，在孕育恒星的摇篮中，新生恒星的冲击可以让尘埃中的水冰撕裂，进而释放氧原子并最终形成氧分子。此前，天文学家在银河系内的猎户座星云和蛇夫座星云都探测到过氧气。

经过科学家计算，猎户座星云和蛇夫座星云内的氧气数量远低于本次在大熊星座发现的氧气。在猎户座星云内，氧气的数量仅为氢气数量的百万分之一。而在“马卡良231”内，氧气比重是猎户座星云内氧气比重的100倍。天文学家推测，“马卡良231”内经历了比猎户座星云更强大的氧气形成过程。

射电望远镜捕捉微弱氧分子信号

那么天文学家是如何探测到氧气存在的信号呢?

上述研究论文第一作者、中国科学院上海天文台研究员王均智介绍，观测银河系内外遥远之处是否有氧气，目前的手段是依靠射电望远镜探寻“氧气留下的指纹”。天文学家解释到，因为氧气在宇宙中会发射出特定频率光谱，地球上的射电望远镜可以捕捉到这些信号，由此辨认氧分子的存在。据媒体报导，研究小组利用位于西班牙和法国的射电望远镜，将目光投向“马卡良231”。最终，他们捕捉到了2.52毫米波长的射线，这是氧气存在的标志。

为进一步证明这的确是氧气发出的射线，研究人员对比了许多能发出相似波长的分子。最后发现，除氧气外，其他任何一种分子都未曾在附近空间出现过。“因此，我们基本可以说，这是人类首次在银河系外发现氧气。”王均智表示。

专家称，本次发现有赖于射电望远镜技术的不断进步。“氧气发出的信号十分微弱，从20世纪80年代开始，有许多研究团队进行过尝试，最终都空手而归。近20年来，随着天文探测等技术的进步以及新望远镜设备的建成，我们终于可以探测到那些原本我们‘看不到’的微弱信号。同时，我们还通过详细分析选择了‘马卡良231’星系，最终成功探测到氧气。”王均智解释道。

近年来，我国天文望远镜建设不断进步，500米口径球面射电望远镜(FAST)、中国科学院上海天文台65米天马望远镜以及国际平方公里阵(SKA)项目为搜寻宇宙中的复杂分子，特别是与生命相关的有机分子，发挥着重要的作用。

王均智表示，银河系外星系中氧气发出的信号，在具有一定红移的前提下，由于多普勒效应，可以穿透地球大气，进而通过地面大型望远镜设备进行探测。

最新研究合作者、FAST首席科学家李菂表示：“搜寻星际分子，特别是氧气这种对于天体生命学和星际物质演化至关重要的分子，是射电天文学的重要前沿。”

发现氧气不代表发现生命迹象

在人们的想象中，外星生命与人一样，需要水和氧气，宜人的气候和温度，以及稳定的地理环境等条件才能生存。因此，每当科学家发现宇宙中某处的环境条件与人类生存的某项条件对应时，人们就会猜测并期待这个地方是否有外星生命存在。但结果往往事与愿违。

天文学家表示，在地球以外物质的光谱中发现有氧气、水等条件存在的迹象，也不能就此断言其所处的环境中一定存在着生命。看不到这些“标志物”，也未必没有存在生命的可能性。因为生命本身很复杂，适宜生命存在的条件也没有绝对标准。

专家表示，发现氧气并不代表发现适宜生命体产生的环境。在探测到氧气的星际空间，由于温度、密度等非常低，也难以有生命体存在。

美国华盛顿州立大学天体生物学家舒尔茨·马库什指出：“在地球上，我们对不同生命体生理功能的研究也只是略懂皮毛，仅目前已知的信息就令人惊奇不已了。可以想像，宇宙中其他星球上可能存在的生命体一定会更加令人震惊。只有发现外星生物以及另一个生物圈后，我们才能对这些遐想进行检验。”

那么，此次在银河系外发现氧气有何意义呢?

王均智称，此次发现的价值主要在天文学意义上。在“马卡良231”观测到氧气，可以成为侧面研究该星云内部恒星、黑洞等天体变化的一个工具，特别是研究星系中心超大质量黑洞对宿主星系的反馈。氧气是宇宙星际空间中物质演化十分重要的一种分子，这次在银河系外发现氧气，有助于进一步加深对宇宙物质组成的认识，对于星际介质中氧气的形成和消耗等相关理论提出了挑战。

“此次研究是科学家首次在银河系外发现氧气，但氧气在星际空间的含量为何普遍远低于预期仍是未解之谜。”李菂坦言。

天文学家表示，大量探测表明，氧气在银河系内的占比相对较低，我们还没有完全弄清楚它的形成和消耗机制，需要天体化学模型相关研究的继续跟进。对于宇宙中氧的探测，能够帮助天文学家加深对宇宙的理解，以此揭示宇宙中更多的奥秘。