研究背景

原子气体是星系中重要气体成分之一，也是恒星形成的重要原料。中性氢21cm线是原子气体的重要示踪物，为研究星系中的气体演化过程提供了重要手段。并合是星系演化的一个重要阶段，它能够触发剧烈星暴活动。在此过程中，冷气体可能作为恒星形成的原料被耗散。 然而早期的研究受限于样本的规模，相互作用过程对星系冷气体的影响仍然成谜。我们基于中国天眼中性氢巡天项目（FASHI）的数据，构建了全新的星系对大样本，共包含440个星系对。其中包括了364对漩涡+漩涡（S+S）星系对，以及76对漩涡+椭圆（S+E）星系对。我们发现，在密近的S+S星系对中，中性氢气体含量减少，且恒星形成率出现增强。但大质量的红漩涡星系则难以被再次触发强烈恒星形成活动。这些结果表明相互作用对于气体演化和恒星形成的影响具有明显的多样性和复杂性，值得后续开展深入研究。

图：相互作用的星系对Arp 142，出现了独特的潮汐结构

图源：NASA / Hubble Space Telescope.

冷气体的演化

我们基于Feng et al.2019的光学星系对样本与FASHI的数据（Zhang et al.2024）进行交叉匹配，构建了一个包含440对具有中性氢探测的星系对样本（完整样本见https://github.com/Yans59/HI_galaxy_pair）。通过与控制样本对比分析，我们发现S+S星系对在密近阶段出现了冷气体的略微耗散。而S+E星系对则在相互作用早期就出现了冷气体不足现象。这可能是由于E星系的延展热晕在相互作用早期就剥离了S星系的冷气体，从而导致其冷气体含量下降。

图：星系对中的成员星系HI气体随星系对投影间隔的演化，黑色是我们的总样本，蓝色是S+S星系对，红色是S+E星系对。

恒星形成率的演化

通过比较不同间隔的星系对的恒星形成率，我们发现，S+S星系对的成员星系在密近的时候有恒星形成率的增强，表明它们可以有效地将冷气体转化为恒星，这一结果与以往研究结论一致。而S+E中的星系恒星形成率几乎没有明显变化，这进一步表明它们的冷气体可能在相互作用早期就已被耗散。同时，我们还发现有26个星系对中有红色漩涡星系，这类星系有着较低的气体含量和恒星形成率，同时气体向恒星的转化效率也较低，暗示其演化路径可能不同于传统的蓝色漩涡星系。总体而言，星系相互作用是一个复杂的过程，后续借助高分辨率的射电阵列对气体分布与动力学的精细观测，并结合X射线对热气体成分的探测，将有助于进一步揭示星系对的气体演化与恒星形成活动之间的联系，从而更全面地理解相互作用对星系生态系统的影响。

图：成员星系的恒星形成率随星系对投影间隔的演化（左）。成员星系在不同气体含量时的恒星形成效率（右），其中三角形代表红色漩涡星系。

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，通讯作者为厦门大学天文学系的方陶陶教授。其他合作者还包括了厦门大学的王俊峰教授、何川博士后等人。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/2603.22693