研究背景：最明亮的红外星

亮红外星系和超亮红外星系是宇宙中能量最充沛、活动最剧烈的天体之一，它们像宇宙的“风暴眼”，短暂而又十分剧烈。在主流的星系演化模型中，超亮红外星系被认为是类星体和大质量椭圆星系的关键演化阶段。观测也表明亮红外星系和超亮红外星系是宇宙弥漫红外辐射背景的主要来源，且这一辐射总能量与我们熟悉的可见光背景辐射相当。导致这些星系如此活跃的另一重要因素是它们大多处于星系碰撞并合的阶段，尤其是超亮红外星系。星系并合时激烈的相互作用会扰动星系内的气体云，引发气体向中心聚集，从而同时触发剧烈的星暴和黑洞吸积活动。丰富的气体原料使得（超）亮红外星系成为宇宙中的“恒星工厂”。它们是我们研究恒星形成极限的重要实验室，也是研究恒星形成反馈的关键枢纽。

“超出”的热气体辐射光度

在本工作中，研究人员从钱德拉X射线望远镜的大型项目Chandra-GOALS中选取了78个星系做为样本进行研究。这些研究样本全部是（超）亮红外星系，它们的恒星形成率从 ～6 M_☉ yr^-1 到 ～500 M_☉ yr^-1，恒星形成非常活跃。图1展示的是本研究的样本星系与普通恒星形成星系的热气体X射线光度与恒星形成率之间的相关性，左图与右图一致，唯一的区别是右图对星系所处的并合阶段用不同的颜色进行了区分。图中的黑色虚线代表这两个量的经典线性相关关系，也即是普通恒星形成星系的相关关系。从图中可以明显看出当我们的样本星系恒星形成率超过50 M_☉ yr^-1，它的热气体光度普遍超出了经典关系（黑色虚线）的预测，且随着恒星形成率的增大这一超出的趋势越来越明显。图中的红色直线则是恒星形成率超过50 M_☉ yr^-1的样本星系的最佳拟合关系。这是一个超线性的关系，它表明对于有着极端恒星形成活动的星系，它们的热气体性质与之前观测到的结果有所不同，同时也表明极强的恒星形成活动对星系热气体的加热有明显的促进作用。

图1: 恒星形成星系，亮红外星系，和超亮红外星系的热气体光度与恒星形成率之间的相关关系。

该研究工作以“Global Hot Gas Excess in (U)LIRGs: Replicating Galactic Nuclei Scaling Relations between Diffuse X-ray Emission and Star Formation on Galaxy-Wide Scales”为题发表在国际天体物理学术期刊 Astrophysical Journal。研究论文的第一作者为厦门大学天文学系博士研究生张春意，通讯作者为厦门大学天文学系王俊峰教授。研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金重点项目的支持。

原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adf963/pdf

arxiv链接：https://arxiv.org/pdf/2508.21401