亞毫米波星系是一類在小于1毫米波段觀測發現的高紅移星系，通常具有很高的恒星形成率。近期，中國科學院云南天文臺麗江天文觀測站研究員趙應和與國內外合作者利用大型（亞）毫米波望遠鏡ALMA的觀測數據，對紅移z＝4.755的亞毫米波星系--LESS 073中的一氧化碳中階轉動發射線（能級J從7到6，記作J＝7-6）進行研究，揭示其中的星際介質和恒星形成性質。該研究成果于4月7日在《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal）上發表。

恒星形成是星系演化最基本的驅動力之一，然而對于那些距離我們很遙遠的天體，要想準確得知它們的恒星形成性質通常很困難，需要耗費非常多的資源。因此，該團隊于2015年提出，可以利用不同原子、離子和分子氣體在亞毫米波段的發射線，來高效率地測量宇宙早期星系中的恒星形成性質（包括氣體轉化成恒星的速率，即恒星形成率SFR）。也就是利用這些譜線強度及它們相互之間的比值與SFR、遠紅外塵埃連續譜顏色（即60微米和100微米之間的強度比值，記作f60/f100）、總氣體質量等之間的相關性。

該項工作正是基于這一方法，通過觀測紅移z＝4.755（即位于現在宇宙年齡的1/11處）的天體LESS 073中的一氧化碳J=7-6發射（波長約370微米；見圖1），結合文獻中給出的碳離子［CII］158微米、氮離子［NII］205微米發射線強度，得到LESS 073在紅外波段發出的總光度約為太陽光度的6萬億倍，塵埃溫度約為58開爾文（約-215攝氏度），SFR約為每年760個太陽質量，總分子氣體質量約為太陽質量的330億倍，這意味著按照當前的SFR，其中的氣體將在4300萬年內消耗完。

另外，根據近鄰星系中上述譜線比值與f60/f100之間的相關性，研究人員推測出LESS 073中f60/f100約為0.9，這表明其中的恒星形成活動非常劇烈，因為這需要足夠的來自大質量年輕恒星發出的紫外光子來加熱塵埃。而且，該數值與通過擬合其紅外譜能量分布得到的結果非常一致，證明該團隊2015年提出的方法是一種實用而且高效的方法。

最后，通過比較近鄰和高紅移星系中的一氧化碳J＝7-6發射（圖2），研究人員還發現LESS 073中一氧化碳的激發非常高，且與恒星形成無關的激波對激發一氧化碳發射應該有一定的貢獻，從另一方面說明一氧化碳J＝7-6發射可能不適用于測量這類天體中的SFR。

該項工作得到科技部重點研發基金、國家自然科學基金的支持。

圖1、(a)一氧化碳J＝7-6發射。

圖2、不同紅移星系中一氧化碳J＝7-6發射與遠紅外光度的關系。