名古屋大学研究生院理学系研究科的早川贵敬研究员和福井康雄名誉教授的研究团队发表研究成果称，成功绘制出了落向地球所在银河系的气体云（高速云和中速云）中的重元素数量分布的全天球精确地图，并揭示了源自银河系外的氢云汇入银河系的可能性。该研究有望推动银河系的形成和演化研究迈向新阶段。相关研究成果已于2月28日发表在英国皇家天文学会月刊《Royal Astronomical Society》上。
图：中速云的重元素数量地图（上图仅展示了全天球的1/4）。以太阳系周围的气体云为基准，只含有少量重元素的气体云被标记为蓝色，含有过量重元素的气体云被标记为红色。圆圈表示的是以前运用原子吸收光谱法测量过的区域。由此可见本研究获得的信息量有了飞跃性地增加。（供图：名古屋大学、早川贵敬研究员和福井康雄名誉教授）。本图的使用条款遵循知识共享许可协议（Creative Commons license，CC BY 4.0）之规定。
太阳系中观测到的中性氢云绝大多数追随银河系的旋转运动，但也有一部分呈现出严重偏离，其中速度特别高、达到约100公里/秒以上的氢云被称为高速云，速度低于此值的氢云被称为中速云。一般认为，中速云的高度可达数千光年，高速云的高度可达数万光年。
除暗物质外，银河系主要由星体和大量的气体云组成，而气体云绝大部分由氢构成。
通过使用波长21cm的电波观测，1960年代提出了一种理论，认为在银河系银盘部分乃至其外围存在大量氢云，其中大部分被银河的引力所吸引，并积聚到银河之上。同时期提出的另一种解释则是高速云和中速云理论，该理论提出“银道喷流模型（Galactic Fountain）”，认为银河圆盘附近的气体云是被大质量星体爆炸等喷射出来的，并再次落入银河中形成的。
气体云中的微量重元素（氢和氦之外的元素）只能通过恒星内部的核聚变反应或超新星爆炸形成。重元素在银河系内气体云中的含量较高，而在银河系外飞来的气体云中的含量则较低。在讨论哪种理论正确时，气体云中的重元素数量（重元素/氢比）被认为是一个关键的信息。在1990年代到2000年前后，一项利用原子吸收光谱法的测量研究报告称，中速云含有与太阳系周围气体云处于同一水平的重元素数量，具有类似喷流模型的物质循环功能；而高速云含有约为前者十分之一的重元素数量，是从银河系外落入银河系内的气体云。另一方面，由于这种测量从原理上以明亮的银河或星体为光源，光源所在的几十个位置导致测量极限，其他区域的情况一直不清楚，因此无法对氢云的来源给出明确答案。
福井名誉教授等人从2015年前后加入了普朗克卫星国际合作团队，成功开发出了一种精确量化宇宙尘埃和星际气体云的中性氢原子的方法。
因此，在本研究中，早川研究员利用21cm谱线观测和普朗克卫星捕捉到的宇宙尘埃的两种高分辨率全天球地图，针对高速云、低速云以及作为比较基准的太阳系周围的气体云，通过引入先进的数学方法推导出了重元素/氢比，并成功绘制出了新的全天球地图。
研究人员对获得的信息进行统计分析后发现，大部分中速云的重元素数量较低，而高速云的重元素数量甚至更低。中速云所含的许多成分其数量不足太阳周围成分的三分之一。这表明中速云可能是源自银河系外的原始气体云。如果说中速云和高速云都来自银河系外，那么现在仍可能有来自银河系外的氢云正在汇入银河系。本研究证明，此前“中速云的重元素数量与太阳系周围的气体云基本相同”的定论是错误的。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
论文：Dust-to-neutral gas ratio of the intermediate- and high-velocity HI clouds derived based on the sub-mm dust emission for the whole sky
DOI：10.1093/mnras/stae302
