電離氣體是星際空間中最為廣泛分布的氣體成分。對電離氣體不同元素發(fā)射線的觀測是測量宇宙元素豐度最重要的手段。長期以來，對電離氣體豐度的測量大多基于光學(xué)（及紅外）譜線觀測。然而，基于光學(xué)譜線的觀測普遍存在消光嚴(yán)重、譜分辨率較低、電離區(qū)激發(fā)條件嚴(yán)重依賴電離氣體的溫度與密度等難以規(guī)避的困難。在這樣多方面因素的影響下，基于光學(xué)譜線的觀測所得的元素豐度的不確定度可達(dá)到一個量級之多，且這種觀測結(jié)果通常給出的是相對于鐵、氧等元素的相對豐度，而非相對于氫元素的絕對豐度。因此，相較于基于光學(xué)譜線的觀測而言，射電復(fù)合線以其光學(xué)薄、近局部熱動平衡等特點(diǎn)，能夠更好地規(guī)避光學(xué)波段存在的觀測影響。

　　雖然射電復(fù)合線示蹤的是電離氣體，但幾乎所有目前探測到的射電復(fù)合線都源自中性原子的高階躍遷。此前，天文學(xué)家僅在行星狀星云NGC 7027和NGC 6302中探測到兩條氦離子的射電復(fù)合線，然而這兩條氦離子射電復(fù)合線與氦原子高階復(fù)合線頻率重合。因此，在大多時候，射電復(fù)合線幾乎專指原子射電復(fù)合線。在天文領(lǐng)域，比氦更重的元素被稱為金屬元素，它們主導(dǎo)了星際塵埃與星際有機(jī)分子的形成。金屬原子的射電復(fù)合線往往會被與之具有相近頻率的氦原子射電復(fù)合線掩蓋，這使得金屬原子的射電復(fù)合線很難被探測到。與之相反，金屬離子的射電復(fù)合線則一般不與原子的射電復(fù)合線混合，理論上可作為測量元素豐度更為有力的工具。然而，由于長期以來缺乏兼具大寬帶與高靈敏度的射電觀測設(shè)備，此前尚未探測到金屬離子的射電復(fù)合線。

　　此次，上海天文臺研究團(tuán)隊利用65米口徑的天馬望遠(yuǎn)鏡首次探測到了來自星際空間的碳氧離子射電復(fù)合線。這一新發(fā)現(xiàn)是基于該團(tuán)隊利用天馬望遠(yuǎn)鏡正在開展的譜線搜尋項目。該項目計劃對Orion KL等天體進(jìn)行1-50 GHz深度譜線搜尋，首次在低頻射電波段繪制出完整的高靈敏度譜線圖譜，為即將建設(shè)的ALMA band 1和SKA等大型射電干涉設(shè)備所引領(lǐng)的天體化學(xué)研究做好前期研究準(zhǔn)備。目前，該項目已經(jīng)對Orion KL完成Q波段（35-50 GHz）、Ka波段（26-35 GHz）的觀測，證認(rèn)出了超過一千條譜線，包含眾多此前尚未探測到的復(fù)雜有機(jī)分子譜線與射電復(fù)合線。

　　在證認(rèn)Ka波段譜線時，一些線寬約15公里/秒的發(fā)射線引起了研究人員的注意。這些發(fā)射線只有約10 mK的譜線強(qiáng)度，但在mK靈敏度的頻譜上非常顯著，且它們不能與任何原子射電復(fù)合線以及分子譜線相匹配。由于它們的線寬與射電復(fù)合線的線寬非常接近，研究人員意識到很可能捕捉到了離子射電復(fù)合線的信號。研究人員認(rèn)為，既然射電復(fù)合線是主量子數(shù)很大的能級之間的躍遷，那么其發(fā)射體，無論是離子還是原子，都應(yīng)當(dāng)可看做類氫系統(tǒng)，其頻率則可由里德伯公式描述。為了對此進(jìn)行驗證，研究人員在Ku波段（12-18 GHz）進(jìn)行了觀測，成功匹配到了8條離子的阿爾法線（主量子數(shù)差為1的射電復(fù)合線）。經(jīng)過仔細(xì)檢查，研究人員又分別在Q波段（35-50 GHz）和Ka波段的頻譜中匹配到了數(shù)條離子的阿爾法線和貝塔線的微弱信號。研究人員比對了在不同日期觀測到的譜線，發(fā)現(xiàn)這些譜線的頻率在修正掉地球運(yùn)動帶來的多普勒紅移以后保持一致。至此，研究人員確信探測到了來自星際空間的離子射電復(fù)合線。

　　研究人員對數(shù)十條離子射電復(fù)合線同時進(jìn)行了模型擬合，發(fā)現(xiàn)它們相比于氦離子射電復(fù)合線預(yù)期在頻譜上出現(xiàn)的位置藍(lán)移了超過20公里/秒，很可能發(fā)射自比氦元素更重的離子。模型擬合還準(zhǔn)確測定了它們示蹤的二次電離離子的豐度為8.8E-4，與光學(xué)譜線大致給出的1E-4到1E-3的碳氧元素豐度相符。由此，研究人員確信首次探測到了來自星際空間的碳氧離子射電復(fù)合線。

　　相關(guān)研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委項目以及中科院對外合作交流重點(diǎn)項目的資助。

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