NASA

近日，在距地球5.6億光年的“馬卡良231”(Markarian 231)星系內，中外科學家聯(lián)手發(fā)現(xiàn)了氧氣。據(jù)悉，這是人類首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣，也是迄今為止在太陽系外探測到氧氣最多的一次。日前，此研究成果發(fā)表于《天體物理學》雜志。

這一驚人的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了大量關注。“馬卡良231”星系是什么?天文學家是如何在“馬卡良231”中發(fā)現(xiàn)氧氣的?此次發(fā)現(xiàn)是否代表著在銀河系外找到了適宜生命產(chǎn)生的環(huán)境?

氧原子從撕裂的水冰中逃脫

“馬卡良231”位于大熊星座，距地球約5.6億光年，是亞美尼亞布拉堪天文臺于1969年的紫外線輻射巡天項目中發(fā)現(xiàn)的星系。“馬卡良231”屬于塞弗特(Syfert)星系，這是一類中心有明亮恒星狀天體的旋渦星系。“馬卡良231”星系內，氣體圍繞一顆超大質量黑洞旋轉并變得很熱，發(fā)出明亮光芒。

2015年，天文學家推測“馬卡良231”的中央可能是一個二元黑洞，兩個超大質量的黑洞以極快的速度相互旋轉。“馬卡良231”內部包含了人類已知最近的類星體。而且，由于該星系內核十分活躍，它內部產(chǎn)生的連續(xù)脈沖驅動分子快速向外流動(類似于分子云的水釋放氧氣的過程)。據(jù)悉，這是天文學家在“馬卡良231”星系尋找氧氣的重要原因。

氧在宇宙中的豐度僅次于氫和氦。此前，天文學家曾認為分子氧在恒星間的空間內普遍存在，但一直未有證據(jù)表明銀河系外也有氧氣。天文學家解釋到，星際間缺乏氧氣是由于氧原子和水分子凍結在塵埃顆粒上，致使氧氣被“鎖住”。

當然，這并不意味著我們沒有探測到氧氣的可能。天文學家表示，在孕育恒星的搖籃中，新生恒星的沖擊可以讓塵埃中的水冰撕裂，進而釋放氧原子并最終形成氧分子。此前，天文學家在銀河系內的獵戶座星云和蛇夫座星云都探測到過氧氣。

經(jīng)過科學家計算，獵戶座星云和蛇夫座星云內的氧氣數(shù)量遠低于本次在大熊星座發(fā)現(xiàn)的氧氣。在獵戶座星云內，氧氣的數(shù)量僅為氫氣數(shù)量的百萬分之一。而在“馬卡良231”內，氧氣比重是獵戶座星云內氧氣比重的100倍。天文學家推測，“馬卡良231”內經(jīng)歷了比獵戶座星云更強大的氧氣形成過程。

射電望遠鏡捕捉微弱氧分子信號

那么天文學家是如何探測到氧氣存在的信號呢?

上述研究論文第一作者、中國科學院上海天文臺研究員王均智介紹，觀測銀河系內外遙遠之處是否有氧氣，目前的手段是依靠射電望遠鏡探尋“氧氣留下的指紋”。天文學家解釋到，因為氧氣在宇宙中會發(fā)射出特定頻率光譜，地球上的射電望遠鏡可以捕捉到這些信號，由此辨認氧分子的存在。據(jù)媒體報導，研究小組利用位于西班牙和法國的射電望遠鏡，將目光投向“馬卡良231”。最終，他們捕捉到了2.52毫米波長的射線，這是氧氣存在的標志。

為進一步證明這的確是氧氣發(fā)出的射線，研究人員對比了許多能發(fā)出相似波長的分子。最后發(fā)現(xiàn)，除氧氣外，其他任何一種分子都未曾在附近空間出現(xiàn)過。“因此，我們基本可以說，這是人類首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣。”王均智表示。

專家稱，本次發(fā)現(xiàn)有賴于射電望遠鏡技術的不斷進步。“氧氣發(fā)出的信號十分微弱，從20世紀80年代開始，有許多研究團隊進行過嘗試，最終都空手而歸。近20年來，隨著天文探測等技術的進步以及新望遠鏡設備的建成，我們終于可以探測到那些原本我們‘看不到’的微弱信號。同時，我們還通過詳細分析選擇了‘馬卡良231’星系，最終成功探測到氧氣。”王均智解釋道。

近年來，我國天文望遠鏡建設不斷進步，500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)、中國科學院上海天文臺65米天馬望遠鏡以及國際平方公里陣(SKA)項目為搜尋宇宙中的復雜分子，特別是與生命相關的有機分子，發(fā)揮著重要的作用。

王均智表示，銀河系外星系中氧氣發(fā)出的信號，在具有一定紅移的前提下，由于多普勒效應，可以穿透地球大氣，進而通過地面大型望遠鏡設備進行探測。

最新研究合作者、FAST首席科學家李菂表示：“搜尋星際分子，特別是氧氣這種對于天體生命學和星際物質演化至關重要的分子，是射電天文學的重要前沿。”

發(fā)現(xiàn)氧氣不代表發(fā)現(xiàn)生命跡象

在人們的想象中，外星生命與人一樣，需要水和氧氣，宜人的氣候和溫度，以及穩(wěn)定的地理環(huán)境等條件才能生存。因此，每當科學家發(fā)現(xiàn)宇宙中某處的環(huán)境條件與人類生存的某項條件對應時，人們就會猜測并期待這個地方是否有外星生命存在。但結果往往事與愿違。

天文學家表示，在地球以外物質的光譜中發(fā)現(xiàn)有氧氣、水等條件存在的跡象，也不能就此斷言其所處的環(huán)境中一定存在著生命。看不到這些“標志物”，也未必沒有存在生命的可能性。因為生命本身很復雜，適宜生命存在的條件也沒有絕對標準。

專家表示，發(fā)現(xiàn)氧氣并不代表發(fā)現(xiàn)適宜生命體產(chǎn)生的環(huán)境。在探測到氧氣的星際空間，由于溫度、密度等非常低，也難以有生命體存在。

美國華盛頓州立大學天體生物學家舒爾茨·馬庫什指出：“在地球上，我們對不同生命體生理功能的研究也只是略懂皮毛，僅目前已知的信息就令人驚奇不已了。可以想像，宇宙中其他星球上可能存在的生命體一定會更加令人震驚。只有發(fā)現(xiàn)外星生物以及另一個生物圈后，我們才能對這些遐想進行檢驗。”

那么，此次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣有何意義呢?

王均智稱，此次發(fā)現(xiàn)的價值主要在天文學意義上。在“馬卡良231”觀測到氧氣，可以成為側面研究該星云內部恒星、黑洞等天體變化的一個工具，特別是研究星系中心超大質量黑洞對宿主星系的反饋。氧氣是宇宙星際空間中物質演化十分重要的一種分子，這次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣，有助于進一步加深對宇宙物質組成的認識，對于星際介質中氧氣的形成和消耗等相關理論提出了挑戰(zhàn)。

“此次研究是科學家首次在銀河系外發(fā)現(xiàn)氧氣，但氧氣在星際空間的含量為何普遍遠低于預期仍是未解之謎。”李菂坦言。

天文學家表示，大量探測表明，氧氣在銀河系內的占比相對較低，我們還沒有完全弄清楚它的形成和消耗機制，需要天體化學模型相關研究的繼續(xù)跟進。對于宇宙中氧的探測，能夠幫助天文學家加深對宇宙的理解，以此揭示宇宙中更多的奧秘。(實習記者 代小佩)