每 100 万个 H 原子中仅有 1 个 H2 分子揭示 z~4 处亚 pc 规模冷态过密区
摘要
我们报告了在 z = 4.24 检测到并分析了 H2 吸收，观测于 Very Large Telescope，作为 EQUALS (ESPRESSO QUasar Absorption Line Survey) 的一部分。高分辨率 R~120000 使我们能够在多个旋转级数中识别极弱的 H2 线，总列密度为 N(H2)~2x10^14 cm^-2，这是已测量的 quasar 吸收系统中最低的之一。值得注意的是，这是目前检测到的最高红移 H2。分辨出两个速度分量，仅相隔 3 km/s：一个狭窄的 (b~1.7 km/s) 和一个较宽的 (b~6.2 km/s) 组件。对 H2 的旋转 population 进行建模，可得出狭窄组件的密度 log nH/cm^-3 ~ 2.8，温度 ~40K (typical of 冷中性介质)，以及较温暖、更湍流的组件 log nH/cm^-3 ~ 1.4，T~600K，在 moderate 紫外 (UV) 场下，距离 quasar 至少数百万光年。该系统揭示了在中性介质中存在 tiny (直至 ~0.01 pc) 的冷态过密区。仅在 EQUALS 中检测到 7 个 damped Lyman-alpha 系统中的这些 H2 存在，表明它们可能广泛存在但通常难以检测。H2 提供了异常敏感的探测这些结构的手段：即便是微小的分子分数，在在 extremely narrow optical beam -- 即 quasar 吸积盘大小 -- 上观测时，即使在分辨率足够高的情况下，也会产生可测量的 Lyman-Werner 吸收线。 extremely 大型望远镜上的高分辨率光谱学可能在遥远宇宙中定期检测并解析此类结构，当 21-cm absorption 将多个冷云团的集体贡献指向更大的射电背景源时。
引用
@article{arxiv.2601.16710,
title = {One H2 molecule per ten million H-atoms reveals sub-pc scale cold overdensities at z~4},
author = {P. Noterdaeme and S. Balashev and T. Berg and S. Cristiani and R. Cuellar and G. Cupani and S. Di Stefano and V. D'Odorico and C. Fian and B. Godard and S. López and D. Milaković and A. Trost and L. Welsh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.16710},
year = {2026}
}
备注
Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics