南京大学-巴黎萨克雷大学合作搜寻宇宙早期星系团项目首个成果发布

    星系团是宇宙中的最大的自引力束缚结构,包含有成百上千个成员星系。相对场环境下的星系而言,星系团的成员星系的显著特征是有明显的大质量椭圆星系的超出。这些大质量椭圆星系的恒星形成据信发生在100多亿年前的宇宙正午时期(红移2-4)。因此宇宙正午时期的星系团及其前身-原星系团对于研究星系团自身及其成员星系的形成演化至关重要。然而长期以来如何有效搜寻及证认宇宙正午时期的(原)星系团一直是河外天文学的难题。

    近日,南京大学天文与空间科学学院的王涛教授团队基于这些宇宙正午时期(原)星系团成员星系正在剧烈形成恒星的特点,提出结合超亮红外源和大质量星系密度超来系统搜寻(原)星系团的新的方法,构建了目前最大的正午时期(原)星系团样本之一。并与法国巴黎-萨克雷大学合作成功申请毫米波干涉阵IRAM/NOEMA的160小时观测项目"Noema formIng Cluster survEy" (NICE, PIs: Tao Wang and Emanuele Daddi),对这批早期星系团候选体进行系统光谱认证。目前,该项目的首个成果已经于2024年4月24日发表在天文学主流期刊《天文学与天体物理》杂志,论文题目《Noema formIng Cluster survEy (NICE): Discovery of a starbursting galaxy group with a radio-luminous core at z = 3.95》,南京大学天文与空间科学学院的王涛教授为论文的通讯作者,副研究员周陆文嘉博士为论文第一作者,巴黎萨克雷大学的Emanuele Daddi教授、David  Elbaz教授、南京大学的博士生孙翰文、许可、陆诗莹、施勇教授、顾秋生教授、张智昱教授,丹麦宇宙黎明研究中心的靳硕文博士,紫金山天文台的刘岱忠研究员等为论文作出重要贡献。

    该论文报道了NICE项目的选源方法及观测策略,并重点报道了项目首批观测目标中确认的最遥远的一个早期星系团候选体,红移在z=3.95 的LH-SBC3(图一)。NOEMA望远镜的毫米波观测确认了处在LH-SBC3最中心的几个大质量星系的准确红移。这些星系质量巨大,并且仍在剧烈形成恒星,具有比中低红移宇宙的(原)星系团更加剧烈的恒星形成活动(图二),这些特征为我们细致呈现了将在未来变成星系团中心的原星系团核心区域剧烈的恒星质量成长的过程。同时,确认的几个LH-SBC3成员星系中质量最大的星系表现出强烈的射电辐射(图三),意味着其中心超大质量黑洞非常活跃,它触发的反馈过程可能在停止宿主星系甚至整个星系团中心区域星系的恒星形成过程中扮演重要角色。

       LH-SBC3原星系团的发现证明了NICE项目选源方法的有效性。NICE项目提供的包括LH-SBC3在内的具有统计意义的(原)星系团新样本将极大弥补宇宙正午时期对(原)星系团的的观测空白,帮助我们深入理解宇宙早期星系团的形成历史,及早期致密环境如何影响成员星系的形成演化。


    本项工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划以及南京大学启动基金的资助。

    论文链接:https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/04/aa48351-23/aa48351-23.html

    DOI : 10.1051/0004-6361/202348351



图一: NICE项目首批观测目标确认的最遥远的原星系团候选体,LH-SBC3,它的红移在z=3.95。左:LH-SBC3的三色图。白色等轮廓线代表NOEMA光谱认证的星系,蓝虚线圈为大质量成员星系候选体,白色点线为500µm流量等轮廓线。 右:四个通过NOEMA认证的成员星系的光谱,黄色区域标志CO(4-3)或[CI]谱线信号。


二:星系团中单位暗物质晕质量的恒星形成率(表征其整个结构的恒星形成效率)随红移的演化。 红色方块为LH-SBC3的位置,相对于低红移星系团高1-2个量级。将来NICE项目认证的早期星系团将填补红移z≥2的空白,帮助我们更好的理解星系团环境中的星系演化过程。

图三:LH-SBC3质量最大的成员星系LH-SBC3.a表现出强烈的射电辐射。黑白图像为IRAC 4.5µm图像,深蓝色等轮廓线表示它尘埃成分在3mm的辐射,天蓝色等轮廓线表示LOFAR探测到的在150MHz的射电辐射,集中在LH-SBC3.a的核心区域,意味着其中心超大质量黑洞非常活跃。