中国科学院云南天文台星系类星体研究团组赵应和等人与合作者利用ALMA、Herschel等地面和空间大型设备的观测数据，研究了星系中的电离碳（[CII]）158微米谱线与一氧化碳分子（CO）J=1→0发射之间的相关性，对 [CII] 发射线示踪星系中的总分子气体质量能力进行了深入探讨。该研究成果于近日在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上发表。

恒星形成是星系演化最基本的驱动力之一，而分子气体是形成恒星的直接原料。因此，对分子气体质量的测量是前沿而热门的研究课题。对于近邻星系，通常用CO(1-0) 发射来测量总分子气体质量。但对于高红移星系来说，诸如仪器灵敏度、星系物理性质以及谱线本身特性使得CO(1-0) 目前很难探测。研究人员亟需寻找新的、适用于高红移星系的总分子气体质量示踪剂。

[CII]158微米发射是研究人员近期提出来的一种总分子气体质量示踪剂。由于该谱线通常是星系中最亮的谱线之一，研究人员对利用其来测量分子气体质量寄予厚望。然而，前人的研究不但样本小、成员性质比较单一，而且其获取分子气体质量的方法不统一。因此，该谱线示踪总分子气体的能力并未得到很好地确认。

赵应和研究团队利用200多个不同红移（其中32个星系红移大于1）、具有不同恒星形成（效）率的富金属星系，发现 [CII]158微米与CO(1-0) 谱线之间具有很好的线性关系（图1），证明 [CII]158微米谱线能够示踪分子气体总质量，精度好于2倍。通过细致研究 [CII]158微米谱线的来源，研究团队发现 [CII] 与CO(1-0) 发射气体在空间上的成协性应该是两者之间具有紧密、线性关系的主要原因。

研究人员通过对比数值模拟结果以及探讨与星系不同物理性质的关联，发现 [CII]158/CO比值一定程度上依赖于星系的辐射场强度和气体密度之比、恒星形成效率以及恒星形成率面密度。对于特别恒星形成效率很低或者恒星形成率面密度很高的星系，利用 [CII]158微米谱线得到的气体含量会被系统性地低估。

该研究结果在为利用[CII]158微米谱线测量高红移星系中的分子气体质量提供有力证明的同时，也指出了其中隐含的缺陷和值得注意之处。研究团队后续将继续搜寻更多方便、实用的测量分子气体质量的手段。

该项工作得到了国家自然科学基金和浙江省领军型创新创业团队项目的支持。

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