中国科学院上海天文台的“早期宇宙与高红移星系”研究团队揭示了高红移星系中莱曼连续谱（LyC）的特性，对理解星系主导宇宙再电离的物理过程提供了重要线索，近日在《天体物理学杂志》和《天体物理学杂志通讯》上发表了两项重要研究成果。
研究团队收集了红移大于3的LyC辐射星系样本，并发现其中60%-70%的星系存在LyC辐射中心偏离非电离辐射中心的现象。特别值得注意的是，研究团队在2021年新发现的一例LyC辐射星系--CDFS-6664星系，其红移为3.8，是当时发现的LyC星系中红移第二高的星系，该星系在样本中具有最为丰富的观测数据，为高红移LyC辐射星系样本做出了重要补充。
通过对该特殊星系的分析，研究团队发现在高分辨率的哈勃和韦布太空望远镜图像中，该星系显示出两个组分，表明这是一个正在合并的星系系统。通过对该星系的图像进行分解以及对多个波段的光谱能量分布（SED）分析，研究团队推断，偏离中心的LyC发射可能与星系合并过程中更年轻、更蓝的星系组分相关。该工作相关文章很快被《天体物理学杂志》接收并发表。
图1 CDFS-6664，红移3.8。JWST数据发现并合特征，图像分解和SED分析发现，LyC辐射可能来源于其中的一个成分。该结果表明偏离中心的LyC辐射可能由并合导致。
基于以上结果，研究团队进一步对23个GOODS-S场中的高红移LyC辐射星系进行了系统分析。利用哈勃太空望远镜和韦伯太空望远镜的数据，研究团队构建了这些LyC辐射星系的SED，覆盖了从紫外到近红外的波段范围。通过统一的建模方法，研究团队测量了这些LyC辐射星系的紫外波段能谱斜率（刻画星系提供紫外LyC光子的能力）、恒星形成率和恒星质量。结果表明，对于红移大于3的星系而言，强烈的恒星暴发活动并非LyC光子逃逸的必要条件。该论文第一作者朱帅儒表示：“这项工作首次对高红移LyC星系进行了系统研究，探讨了红移大于3的LyC辐射星系的恒星形成特性。和低红移处不同，并非所有LyC星系都是星暴星系，但这些星系普遍存在并合特征，这也是我们下一项工作的主要研究内容。我们的发现为理解高红移星系中的恒星形成和LyC光子逃逸机制提供了新的视角。”该工作相关文章获得了审稿人的高度评价，发表在《天体物理学杂志通讯》上。
图2 GOODS-S场中的LyC星系研究。结果表明，高红移LyC星系的紫外颜色更蓝，但并非所有星系都为星暴星系，暗示了LyC光子逃逸具有除星暴外的机制。
两篇文章的通讯作者袁方婷副研究员表示：“CDFS-6664的相关发现为我们提供了一个研究星系合并与LyC光子逃逸的新窗口。而我们对LyC星系的系统研究结果表明，星系合并可能是导致LyC发射偏移的关键因素，这对于揭示星系如何影响宇宙电离历史提供了重要线索。”
研究团队负责人郑振亚研究员进一步补充道：“这项研究不仅增进了我们对星系合并事件在宇宙早期电离中作用的理解，还为未来的观测提供了新的方向。随着韦布太空望远镜更多高空间分辨率观测数据的释放，科学家们期待揭示更多关于星系合并和宇宙电离过程的信息。而未来中国空间站工程巡天望远镜（CSST）的紫外观测能力，特别是CSST-MCI紫外深场将会直接探索到更多LyC星系，让我们对此领域进行更加深入的研究。”
该工作得到了科技部重点研发专项、国家自然科学基金委、中智天文合作项目、中国空间站项目、上海市自然科学基金等项目的支持。
论文链接：
论文1： https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad75ff
论文2： https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad7b18
arxiv链接：
论文1： https://arxiv.org/abs/2409.20352
论文2： https://arxiv.org/abs/2409.20349
科学联系人：
袁方婷： yuanft@shao.ac.cn
