一个长久不可见的巨大分子云在太阳系附近被发现

这个巨大的氢气团长期以来对科学家来说是不可见的，通过寻找其主要成分——分子氢（H₂）——它得以显现。这一发现标志着首次在电磁波谱的远紫外波段利用发射光探测到分子云，并为使用该方法进行进一步探索开辟了道路。

科学家们将这个分子氢云命名为“Eos”（厄俄斯），源自希腊神话中化身黎明的女神。他们的发现详细阐述在发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）期刊的一项研究中。

“这为研究分子宇宙开辟了新的可能性，”领导该团队并是该研究作者之一的罗格斯大学文理学院物理与天文系副教授布莱克斯利·伯克特（Blakesley Burkhart）说道。伯克特同时也是纽约熨斗研究所计算天体物理中心的研究科学家。

分子云由气体和尘埃组成——其中最常见的分子是氢（H₂），它是恒星和行星的基本组成部分，对生命至关重要。分子云还包含其他分子，如一氧化碳（CO）。分子云通常使用传统方法探测，例如射电和红外观测，这些方法能轻易捕捉到一氧化碳的化学特征。

在这项工作中，科学家们采用了不同的方法。

“这是首个通过直接寻找分子氢的远紫外发射而发现的分子云，”伯克特说。“数据显示了通过远紫外荧光探测到的发光氢分子。这个云团在黑暗中确实在发光。”

Eos 对地球和太阳系没有威胁。科学家们表示，由于其邻近性，这个气体云为研究星际介质内结构的性质提供了独特的机会。

星际介质由气体和尘埃组成，填充了星系内恒星之间的空间，是新恒星形成的原材料。

“当我们通过望远镜观察时，我们会捕捉到整个太阳系正在形成的景象，但我们并不详细了解这是如何发生的，”伯克特说。“我们对 Eos 的发现令人兴奋，因为我们现在可以直接测量分子云是如何形成和解离的，以及一个星系如何开始将星际气体和尘埃转化为恒星和行星。”

这个新月形的气体云距离地球约 300 光年。它位于本地泡（Local Bubble）的边缘，这是一个环绕太阳系的大型充气空间空腔。科学家估计 Eos 在天空中的投影非常巨大，横跨天空约 40 个月球直径，质量约为太阳的 3,400 倍。该团队使用模型表明，预计它将在 600 万年后蒸发。

“利用远紫外荧光发射技术可能改写我们对星际介质的理解，揭示整个银河系中隐藏的云团，甚至远至宇宙黎明可探测的最远边界，”该研究的共同第一作者、纽约大学美国宇航局（NASA）哈勃学者塔维莎·达摩瓦德纳（Thavisha Dharmawardena）说。

Eos 是在名为 FIMS-SPEAR（荧光成像摄谱仪的缩写）的远紫外光谱仪收集的数据中向该团队显现的。该仪器曾在韩国卫星 STSAT-1 上运行。远紫外光谱仪将材料发出的远紫外光分解为其组成波长，就像棱镜分解可见光一样，产生科学家可以分析的光谱。

这些数据于 2023 年刚刚公开，伯克特便发现了它们。

“它有点像是就在那里等待被探索，”她说。

伯克特表示，这些发现突显了创新观测技术对于增进对宇宙理解的重要性。她指出，Eos 主要由分子氢气体主导，但大部分是“一氧化碳暗”（CO-dark）的，这意味着它不含大量的一氧化碳物质，也不发射传统方法探测到的特征信号。研究人员表示，这解释了 Eos 为何能隐藏如此之久才被识别。

“宇宙的故事是原子在数十亿年间重排的故事，”伯克特说。“目前存在于 Eos 云中的氢在大爆炸时期就已存在，并最终落入我们的银河系，在太阳附近聚集。因此，对于这些氢原子来说，这是一段长达 136 亿年的漫长旅程。”

这项发现本身多少有些出人意料。

“我在读研究生时，曾被告知无法轻易直接观测到分子氢，”纽约大学的达摩瓦德纳说。“我们能在本以为看不到的数据中发现这个云团，这有点疯狂。”

Eos 也是以伯克特和团队其他成员支持的一项拟议的美国宇航局（NASA）太空任务命名的。该任务旨在将探测分子氢的方法扩展到银河系更广阔的区域，通过研究分子云的演化来探究恒星的起源。

该团队正在仔细梳理数据，寻找远近的分子氢云。伯克特等人在 arXiv 上作为预印本发表的一项研究，使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），初步报告发现了迄今最遥远的分子气体。

“利用 JWST，我们可能发现了距离太阳最远的氢分子，”伯克特说。“因此，我们通过远紫外发射，既发现了一些最近的，也发现了一些最远的。”

该科学团队的其他成员来自以下机构：以色列海法以色列理工学院；伦敦玛丽女王大学和伦敦大学学院（均位于伦敦）；美国爱荷华州爱荷华市爱荷华大学；韩国大田韩国天文和空间科学研究所、科学技术联合大学院大学和韩国科学技术院；德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所；美国得克萨斯州奥斯汀市得克萨斯大学奥斯汀分校；美国亚利桑那州图森市亚利桑那大学；美国加利福尼亚大学伯克利分校；法国吉夫苏尔维特巴黎西岱大学；美国巴尔的摩太空望远镜科学研究所和约翰斯·霍普金斯大学；加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学；美国纽约哥伦比亚大学；以及美国马萨诸塞州剑桥哈佛-史密松天体物理中心。