星系并合与星系间相互作用，是星系形成演化中非常重要的过程。目前，有大量的观测证据和数值模拟研究表明，星系在并合的过程中，会增强恒星形成、调节星系中的气体、触发活动星系核（AGN）及星爆。由并合导致的恒星形成增强，需要大量的冷气体作为原料。原子气体（HI）作为星际介质中重要的气体成分之一，其在星系并合过程中所扮演的角色尚不清楚。尤其是在并合演化的过程中，由于之前的观测研究缺乏严格定义的并合阶段，并合星系中的HI气体如何影响恒星形成依然悬而未决。
厦门大学方陶陶教授团队的研究生余清正，联合河北师范大学、国家天文台、中国科学院南美天文中心、上海天文台，及英属哥伦比亚大学的科研人员，利用MaNGA巡天的结果构建了一个主并合星系对样本，并对此样本进行了HI气体的观测研究。在此研究中，我们通过MaNGA数据中得到的动力学信息，对样本中星系对的3个并合阶段进行了定量化的区分（图1）。我们通过申请中国天眼FAST观测和HI-MaNGA巡天所释放的数据，深入研究了不同并合阶段中HI气体比例、恒星形成率、HI恒星形成效率的变化。我们的研究结果表明，主并合星系对的HI气体比例相对于孤立星系下降了~15%。在并合过程中，处在交会前阶段（pre-passage）的星系对与孤立星系之间没有显著差异。处在近心交会阶段（pericenter）的星系对，相对孤立星系显示出微弱下降的HI气体比例、显著增强的恒星形成率与HI恒星形成效率。而处在远心阶段（apocenter）的星系对与孤立星系相比，其HI气体比例呈现非常微弱的下降，恒星形成率与HI恒星形成效率的增强也不显著。我们认为，该样本中发现的微弱HI气体消耗，可能源于恒星形成增强过程中，HI气体向分子气体（H2）的转化。前人的观测研究中发现，H2 气体在星系并合过程中显著地增加，这也与我们所得到的结果相符合。此外，我们在FAST观测中新发现了一个HI吸收线，这团气体可能与气体内流及AGN活动的触发有关。
图1：处在三个不同阶段的星系对例子。Pre-passage, pericenter和 apocenter 阶段星系对的光学图像及其对应的HI光谱。
我们的工作已被ApJ接收，此工作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的支持。论文第一作者为厦门大学天文学系博士研究生余清正，通讯作者为方陶陶教授，其他合作者包括冯帅，张博，徐聪，王允婷，及郝蕾
论文链接：https://arxiv.org/abs/2206.06330
