气体在星系盘与晕之间循环的过程中，星系盘外弥散电离气体（eDIG）扮演了重要的角色。厦门大学方陶陶教授团队联合密歇根大学李江涛博士，与国内外多家单位的科研人员合作，开展对CHANG-ES星系样本周围eDIG的系统研究（eDIG-CHANGES项目）。在第一阶段的研究中，我们分析了CHANG-ES样本中22个近邻侧向漩涡星系的Hα图像。这些Hα图像是由阿帕契点天文台（APO）3.5米望远镜观测得到的。我们拟合了样本星系Hα强度的垂向分布，将其解构为薄盘成分和延展厚盘成分，并测量了延展成分的标高。我们系统分析了Hα标高与星系多种性质的关系，发现Hα标高和恒星形成率之间具有紧密的次线性相关（图1a），而该相关的残差又与恒星形成率面密度呈现出显著的反相关（图1b）。这表明与那些具有较小强度恒星形成的星系相比，具有更强烈恒星形成的星系倾向于不成比例地扩展eDIG。结合文献中的数据，我们发现eDIG与星系特性之间的关系延伸到更广泛的范围。

基于CHANG-ES项目组的多波段数据，我们把eDIG与星系周介质（CGM）中其他相成分在垂向上的延展进行比较。我们发现与以21 cm线探测的中性氢相比，eDIG略微更延展一些（图1c）。Hα辐射受到中性氢和电离光子分布的共同影响，所以略微延展的eDIG表明，除了盘上恒星形成区的逃逸光子外，还有其他延展电离源的存在，其中一种可能是紫外背景。大部分星系的X射线标高比Hα标高小，这暗示了在较浅观测中探测到的X射线辐射主要来自厚盘，而不是延展的CGM。Hα标高与L波段射电连续辐射标高相似（图1d），而这两者都略微大于更高频率的C波段射电连续辐射标高。较小的C波段标高可能是由C波段更强的同步辐射冷却或更多的热贡献导致的。相近的Hα和L波段标高则表明，至少在靠近星系盘的位置，热电子和非热电子具有相似的空间分布。这进一步表明热气体、宇宙射线和磁场可能接近能量均分，该结论对理解星系外流具有重要意义。

此研究结果已被《英国皇家天文学会月报》接受发表（Lu et al. 2023, MNRAS, 519, 6098）。论文第一作者为厦门大学天文学系博士研究生芦李源，通讯作者为密歇根大学/紫金山天文台李江涛博士，其他合作者包括厦门大学方陶陶教授，亚利桑那大学Carlos J. Vargas，马克斯-普朗克射电天文研究所Rainer Beck，密歇根大学Joel N. Bregman，波鸿鲁尔大学Ralf-Jürgen Dettmar和Michael Stein，曼尼托巴大学Jayanne English，澳大利亚联邦科学与工业研究组织George H. Heald，哥伦比亚大学Hui Li，芝加哥大学Zhijie Qu，新墨西哥大学Richard J. Rand，马萨诸塞大学Q. Daniel Wang，北京大学科维里研究所王菁，安达卢西亚天体物理研究所Theresa Wiegert，及之江实验室郑沄。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。

文章链接：https://doi.org/10.1093/mnras/stad006

预印本链接：https://arxiv.org/abs/2212.14824

CHANG-ES项目链接：https://www.queensu.ca/changes/

图：Hα标高与（a）恒星形成率，（c）中性氢标高，（d）L波段射电连续辐射标高的关系；（b）图(a)中相关关系的残差与恒星形成率面密度的关系。图(a)(b)中蓝色虚线表示最佳拟合线，图(c)(d)中黑色点划线为一一对应线，图(c)中绿色点划线标识出Hα标高等于中性氢标高二分之一处。