研究背景

在星系的演化过程中，星系群环境中的冲压剥离和潮汐相互作用等效应会剥离星系的气体成分，并且抑制其恒星形成活动。中性氢的21cm谱线作为星系中冷气体的重要示踪物，能够帮助我们理解位于星系群环境中冷气体的演化。我们利用中国天眼（FAST）开展了对于星系群冷气体的无偏统计研究。我们研究发现位于高密度环境下的卫星星系更容易受到环境效应的影响，并且出现冷气体含量减少的现象。

图：正在经历冲压剥离的星系 NGC 4291

图源：CRAR / NASA / ESA / Hubble Heritage Team / STScI / AURA.

基于孤立星系的中性氢含量标度关系

我们基于Yang et al.2007的数据选取了230个斯隆数字巡天（SDSS）的孤立星系样本，并与FASHI的数据（Zhang et al.2024）进行交叉匹配，获取了这些星系的中性氢质量。对于其中90个未能在FASHI中探测到中性氢信号的星系，我们采用三倍观测误差作为其上限值进行处理。在统计分析中，我们对实际探测到的样本采用高斯概率分布建模，而对仅有上限约束的样本采用删失数据的概率分布处理，并结合贝叶斯方法与蒙特卡洛马尔科夫链（MCMC）技术，建立了中性氢气体含量与星系质量及色指数之间的定量关系。

图：孤立星系中观测的中性氢含量和标度关系预测的中性氢含量对比。虚线为一比一关系，蓝色是探测点，橙色为上限点。

星系群环境中的星系冷气体成分

我们基于Yang et al.2007中的SDSS星系群样本和FASHI数据进行交叉匹配，获取了230个星系群中的星系，其中154个探测到了中性氢信号，其余未探测到的样本依旧采用三倍观测误差作为其置信上限进行处理。我们利用孤立星系建立的中性氢标度关系，对星系群中星系的中性氢含量进行预测，并计算其与观测值之间的差异。我们利用卡普兰-梅耶尔生存函数估计了该差异的中值水平，并和孤立星系进行了对比分析。结果表明，相较于孤立星系而言，星系群中的卫星星系更容易出现冷气体的略微不足，尤其是位于靠近中心星系的位置，或处在成员数较多的致密星系群中。但中心星系的气体缺失现象则并不显著。这一结果表明，星系群介质的冲压剥离或者星系间的潮汐相互作用，可能剥离了这些星系的冷气体。而次并合或者从宇宙网结构的吸积过程则可能为中心星系补给气体，从而使其气体缺失程度相对较低。基于我们的工作，后续针对星系群的多波段观测能够为我们进一步揭示环境效应对于星系整体生态系统的影响。

图：中性氢含量差异随星系群成员数（左）及星系到中心星系投影距离（右）的变化关系。右图中，卫星星系直接计算距离中心星系的投影距离，中心星系的距离则取的是最近的一个卫星星系的投影距离。

研究论文

该研究工作已经被 The Astrophysical Journal 接收。论文第一作者为厦门大学天文学系博士生鄢淑澜，通讯作者包括厦门大学天文学系的方陶陶教授以及意大利佛罗伦萨大学的余清正博士后。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国空间站项目基金以及欧洲ERC基金的支持。

论文链接: https://arxiv.org/abs/2510.22902