近期，上海天文台科研团队哄骗天马65米射电千里镜初次探测到了碳氧离子射电复合线。基在此发明，该团队正确丈量了M42电离区的碳氧离子品貌。该研究结果注解离子射电复合线无望成为丈量元素品貌的通例手腕，对于切确测定星际空间，出格是高度消光区的元素品貌具备主要意思。这一发明在2023年2月28日以一篇致编纂的信（Letter to the Editor）揭晓于《Astronomy Astrophysics》上[1]。

图1，天马千里镜于Orion KL中探测到的碳氧离子射电复合线（白色）[1]。绿色区域是对于离子射电复合线的模子拟合。绿色点线是思量了所有射电复合线以及份子谱线的模子拟合。配景图是心形的猎户星云（Orion nebula; M42）和位在其左下敞亮区域的Orion KL天体（图片由Shawn Nielsen摄制）。

电离气体是星际空间中最为广泛漫衍的气体身分。对于电离气体差别元素发射线的不雅测是丈量宇宙元素品貌最主要的手腕。持久以来，对于电离气体品貌的丈量年夜多基在光学（及红外）谱线不雅测。然而，基在光学谱线的不雅测遍及存于消光严峻、谱分辩率较低、电离区引发前提严峻依靠电离气体的温度与密度等难以规避的坚苦。于如许多方面要素的影响下，基在光学谱线的不雅测所患上的元素品貌的不确定度可到达一个量级之多，且这类不雅测成果凡是给出的是相对于在铁、氧等元素的相对于品貌，而非相对于在氢元素的绝对于品貌。是以，相较在基在光学谱线的不雅测而言，射电复合线以其光学薄、近局部热动均衡等特色，可以或许更好地规避光学波段存于的不雅测影响。

虽然射电复合线示踪的是电离气体，但险些所有今朝探测到的射电复合线都源自中性原子的高阶跃迁[2]。此前，天文学家仅于行星状星云NGC 7027以及NGC 6302中探测到两条氦离子（He+）的射电复合线[3,4]，然而这两条氦离子射电复合线与氦原子高阶复合线频次重合。是以，于年夜多时辰，射电复合线险些专指原子射电复合线。好比，Gordon于其经典教材《射电复合线》中就写道 射电复合线源自电子以及离子复合而成原子时于其高阶能级之间的跃迁 。于天文范畴，比氦更重的元素被称为金属元素，它们主导了星际灰尘与星际无机份子的造成。金属原子的射电复合线每每会被与之具备邻近频次的氦原子射电复合线袒护，这使患上金属原子的射电复合线很难被探测到。与之相反，金属离子的射电复合线则正常不与原子的射电复合线混淆，理论上可作为丈量元素品貌更为无力的东西。然而，因为持久以来缺少兼具年夜宽带与高敏捷度的射电不雅测装备，此前还还没有探测到金属离子的射电复合线。

近期，中国科学院上海天文台研究团队哄骗65米口径的天马千里镜初次探测到了来自星际空间的碳氧离子射电复合线。这一新发明是基在该团队哄骗天马千里镜正于开展的谱线征采工程。该工程规划对于Orion KL等天体举行1-50 GHz深度谱线征采，初次于低频射电波段绘制出完备的高敏捷度谱线图谱，为行将设置装备摆设的ALMA band 1以及SKA等年夜型射电干预干与装备所引领的天体化学研究做好前期研究预备。今朝，该工程已经经对于Orion KL完成Q波段（35-50 GHz）、Ka波段（26-35 GHz）的不雅测，证认出了跨越一千条谱线，包罗浩繁此前还没有探测到的繁杂无机份子谱线与射电复合线[5]。

于证认Ka波段谱线时，一些线宽约15千米/秒的发射线起首惹起了研究职员的留意。这些发射线只要约10 mK的谱线强度，但于mK敏捷度的频谱上很是显著，且它们不克不及与任何原子射电复合线和份子谱线相婚配。因为它们的线宽与射电复合线的线宽很是靠近，研究职员意想到极可能捕获到了离子射电复合线的旌旗灯号。研究职员以为，既然射电复合线是主量子数很年夜的能级之间的跃迁，那末其发射体，不管是离子照旧原子，都该当可看作类氢体系，其频次则可由里德伯公式描写。为了对于此举行验证，研究职员于Ku波段（12-18 GHz）举行了后随不雅测，乐成婚配到了8条离子的阿尔法线（主量子数差为1的射电复合线）。颠末细心查抄，研究职员又别离于Q波段（35-50 GHz）以及Ka波段的频谱中婚配到了数条离子的阿尔法线以及贝塔线的幽微旌旗灯号。研究职员比对于了于差别日期不雅测到的谱线，发明这些谱线的频次于批改失地球运动带来的多普勒红移之后连结一致。至此，研究职员确信探测到了来自星际空间的离子射电复合线。

研究职员对于数十条离子射电复合线同时举行了模子拟合，发明它们比拟在氦离子射电复合线预期于频谱上呈现的位置蓝移了跨越20千米/秒，极可能发射自比氦元素更重的离子。模子拟合还正确测定了它们示踪的二次电离离子的品貌为8.8E-4，与光学谱线大抵给出的1E-4到1E-3的碳氧元素品貌相符。由此，研究职员确信初次探测到了来自星际空间的碳氧离子射电复合线。

文章第一作者、通信作者刘训川玻士掌管了天马千里镜谱线征采工程。他暗示： 咱们哄骗天马千里镜同时探测到了数十条离子射电复合线，此中很多线不与任何原子谱线以及份子谱线混叠。金属离子射电复合线的新发明改进了咱们对于射电复合线的界说。 因为碳离子以及氧离子的射电复合线很是靠近，今朝还不克不及����APP经由过程单天线不雅测对于它们举行区别。来自美国喷气推进试验室Paul F. Goldsmith传授增补道： 之后，可以用ALMA、SKA、ngVLA等射电干预干与阵列攻破碳氧离子的简并，探测来自差别电离区以致高红移星系差别品种的离子射电复合线 。患上克萨斯年夜学Neal J. Evans II传授以为： 碳以及氧是星际一氧化碳与繁杂无机份子重要的组成元素。这项新技能可有助在丈量恒星造成勾当活跃、消光严峻的内银道面的碳氧品貌，这是以前其他不雅测手腕所不克不及完成的使命。

上海天文台台长、文章配合通信作者沈志强研究员说道： 天马千里镜有65米口径，配备了笼罩1-50GHz的吸收体系，具有很高的敏捷度，最合适去探测金属离子射电复合线如许的弱线。 文章配合通信作者、上海天文台刘铁研究员总结道： 正如审稿人所言，天马千里镜为这一新的主要发明提供了清楚明确的证据。 刘铁研究员还指出，本次研究成果也证实了天马千里镜于天体化学研究方面的伟大潜力，天马千里镜谱线征采工程将继承对于Orion KL及其它天体举行深度积分，到达史无前例的mK量级敏捷度。该工程的后续研究也争夺可以或许探测到更多新的离子射电复合线、新的份子跃迁，以至是新份子。

该事情获得国度重点研发规划、国度天然科学基金委工程和中科院对于外互助交流重点工程资助。

参考文献：

[1] Liu, X., Liu, T., Shen, Z., et al. 2023, A A, 671, L1

[2] Chaisson, E. J. Malkan, M. A. 1976, ApJ, 210, 108

[3] Terzian, Y. 1980, Radio Recombination Lines

[4] Gordon, M. A. Sorochenko, R. L. 2002, Radio Recombination Lines

[5] Liu, X., Liu, T., Shen, Z., et al. 2022, ApJS, 263, 13

科学接洽人：

刘训川，中国科学院上海天文台，liuxunchuan@shao.ac.cn

刘铁，中国科学院上海天文台，liutie@shao.ac.cn

沈志强，中国科学院上海天文台，zshen@shao.ac.cn

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