臺北市立天文科學教育館

地球上的碳元素是由恆星內部產生。除了氫、氦以外，包括碳、氧、鐵在內的大多數元素，都是在恆星內部的核融合反應過程中形成，並於超新星爆發後釋放至宇宙空間。這些元素藉由圍繞在星系四周的星際物質再循環過程，回到星系中成為產生行星與形成生命的基礎物質。

圖說：由哈伯太空望所遠鏡拍攝，銀河系中富含星際塵埃與恆星密集的部分區域影像。影像來源：NASA/ESA/Hubble Heritage Team

近期研究團隊證實，這些來自恆星的碳、氧、鐵等大多數元素，並非在宇宙中隨機漂流，而是在儲存在星系四周的「環繞星系物質」（circumgalactic medium，簡稱為CGM）中。環繞星系物質的循環如同巨大的輸送帶，將星系中的物質拋向宇宙空間，隨後再沉降回星系內，就像一種回收後再利用的過程，成為形成恆星、行星以及其他天體的材料。

天文學家於2011年，首次確認像銀河系這樣的星系周圍存在著環繞星系物質，其中富含氧等元素的高溫氣體。而在此次研究進一步發現，環繞星系物質除了高溫氣體之外，也富含大量的低溫碳元素。這些碳和氧元素被儲存在環繞星系物質中，最終逐漸沉降回收到星系內部，繼續參與形成新恆星與行星的過程。團隊成員表示，人體內的碳很可能曾經離開銀河系，儲存於環繞星系物質後，再度回歸銀河系。

圖說：來自遙遠類星體的光在抵達地球途中穿越環繞星系物質，之後經由哈伯太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀分析光譜，確定物質成分。圖片來源：NASA/ESA/A. Field

為了瞭解環繞星系物質的特性，研究團隊利用哈伯太空望遠鏡的「宇宙起源光譜儀」（Cosmic Origins Spectrograph），觀測分析來自9顆明亮類星體的光，穿越11個恆星形成星系的環繞星系物質之後的光譜。結果顯示，低溫碳元素在星系周遭的分布範圍可達約40萬光年，大約是銀河系直徑的4倍。研究結果認為，星系的恆星形成速率減緩可能與環繞星系物質再循環的減弱或中斷有關。當環繞星系物質的拋出與回收過程停止時，星系中的物質在恆星形成時逐漸消耗，最後造成恆星形成速率降低甚至停止。

團隊計劃進一步探索環繞星際物質中的其他元素，比較它們在不同類型星系中的分布特性。這些研究將有助於瞭解星系是如何從活躍形成新恆星的階段，演變成不再產生新恆星，成為「恆星沙漠」的演化歷程。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Phys.org