无星的幽灵：M51星系中的两个神秘天体

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原作：Shreejaya Karantha

翻译：吕梓欣

校译：陈箐泽

编排：江哲宇

后台：朱宸宇

原文链接：https://phys.org/news/2026-0 9-fast-mysterious-hydrogen-clouds-visible.html

在这张由NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的图像中，宏象旋涡星系M51的旋臂优美蜿蜒，横跨整个画面。与那些旋臂参差不齐或结构受损、形态各异的旋涡星系不同，宏象旋涡星系拥有清晰明显且完整的旋臂，正如这张图像中所展示的那样。这张星系图像是由韦布望远镜的中红外仪器（MIRI）拍摄的。

图源：ESA/Webb、NASA与CSA，斯德哥尔摩大学及FEAST JWST团队

M51 附近的中性氢分布图，叠加在 Pan-STARRS1 DR1 光学图像上。黄色圆圈标示了两个再电离限制中性氢云候选体（Cloud N 和 Cloud S）的位置；颜色代表中性氢柱密度（零阶矩）分布。绿色圆圈标示了由 SoFiA 识别出的其他中性氢成分。左下角的蓝色圆点代表 1.42 GHz 频率下 FAST 望远镜 3.24 角分（半高全宽，FWHM）的波束大小。右下角标有 50 kpc 的物理尺度尺（基于 8 Mpc 的距离假设）。

图源：《天文学与天体物理学》（2026年）. DOI: 10.1051/0004-6361/202661166

天文学家在漩涡星系M51附近发现了两团似乎几乎不含恒星的氢云。这两团氢云是利用“中国天眼”（FAST）射电望远镜发现的，每团氢云的质量约为太阳质量的300万倍，但在光学波段均未探测到对应的天体。这两团氢云的详情已于8月4日刊登在《天文学与天体物理学》期刊。

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无星的幽灵

根据宇宙学中的标准Λ-冷暗物质（ΛCDM）模型，宇宙结构的形成遵循层级演化模式：首先形成较小的暗物质晕，随后它们相互合并，构建出更大的暗物质晕和星系。然而，并非所有的暗物质晕都会演化为星系。对于质量足够低的暗物质晕而言，某些过程会抑制恒星的形成。

如果暗物质晕的引力势较弱，就可能无法形成恒星；如果气体不够致密且温度不够低，就无法坍缩形成恒星。遍布宇宙的类星体和恒星发出的弥散辐射会构成背景辐射，这种紫外（UV）背景辐射会对气体进行加热。因此，有些暗物质晕虽然包含中性氢气体，却几乎或完全不含恒星。

这项研究由中国科学院国家天文台陈箐泽领导，研究人员验证了一种被他们称为“再电离受限中性氢云”的存在。这是一种小型暗物质晕，它在宇宙再电离之后仍然保留了部分没有在紫外背景作用下电离的中性氢气体，但由于受到紫外辐射的加热，这些气体始终无法冷却并变得足够致密以形成恒星。这些气体的温度提供的热压力和暗物质晕的引力相平衡，因此可以稳定存在而不会继续坍缩形成恒星。

若要被归类为 RELHIC，残留的氢云必须具备以下特征：结构致密，大致呈球形，光谱线窄（速度弥散约为每秒 20 公里），且在光学波段未探测到恒星成分。ΛCDM 模型预测宇宙中存在大量低质量暗物质晕，然而迄今为止，人们只发现了极少数此类不含恒星的氢云。

位于猎犬座的一个典型的漩涡星系M51及其伴星系 NGC 5195。

图源：NASA和ESA

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两个符合标准的天体

研究人员搜寻了中性氢（H I）的典型特征信号，21厘米波长的射电信号。他们利用了“中国天眼”射电望远镜在FEASTS巡天项目中观测到的中性氢数据。

他们分析了 FEASTS 样本数据中的 55 个星系，以识别符合氢云条件的天体。在整份样本数据中，仅有Cloud N 和 Cloud S这两个天体符合这些标准。

这两团氢云的中性氢质量均约为300万倍太阳质量，总晕质量则为37亿倍太阳质量。这种气体质量与总晕质量之间的高比例，与针对此类系统的理论预测高度吻合。研究团队在论文中写道：“两者均与

RELHIC框架相符。”

有趣的是，它们都位于距离著名漩涡星系 M51中心约 70 到 90 千秒差距（22.8 万至 29.3 万光年）的位置。研究人员指出：“鉴于 M51 是一个著名的相互作用星系系统，因此我们需要判断Cloud S和Cloud N是否可能为潮汐碎片。”

Cloud S和Cloud N实际上也可能是M51星系系统中星系间持续相互作用所产生的碎片。研究人员需要利用更高分辨率的射电观测才能真正确定它们究竟是不含恒星的暗物质晕，还是星系碰撞留下的碎片。

责任编辑：DAIKIN

牧夫新媒体编辑部

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图片名称：哥白尼哨兵‑3卫星于9月5日星期六，捕捉到了阿纳克·喀拉喀托火山喷发产生的火山灰烟柱。

图片来源：ESA

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