[비즈한국] “我们皆来自星辰。”卡尔·萨根（Carl Sagan）的这句话广为人知。当我们追溯构成人体的化学成分起源时，最终都会指向数十亿年前在宇宙中短暂存在后便消失的无数恒星与超新星。从科学角度来看，我们确实可以说是由星辰残留的物质塑造而成的生命。
虽然这是一个颇为知名的天文叙事，但令人意外的是，我们至今仍未完全理解这句话的深层含义。如果人体内的成分源于恒星，那么它们究竟来自多么遥远的星体？对于今天生活在太阳系地球上的我们而言，那些将珍贵的生命材料传递给我们后便消失的恒星，究竟存在于何处？
人们很容易认为，我们直系祖先般的超新星一定就生活在太阳系现址附近。无论宇宙的时间尺度有多么漫长，恒星所蕴含的物质扩散终究是有极限的。虽然卡尔·萨根那句浪漫的话语讲述了我们与星辰的联系，但我们原本以为自己的所有故事都局限在几十或几百光年的范围内。
然而，根据近期的连串发现，我们或许是由游历过广阔宇宙的碎片汇聚而成的存在。这是因为构成我们身体的化学成分，不仅可能来自太阳系，还可能在银河系之外的遥远宇宙中兜兜转转后才流转至此。令人遗憾的是，我们至今仍未自由地踏出地球，更不用说银河系，但构成我们身体的碎片却曾在数十亿年前游历过远比我们自身庞大得多的宇宙。
1963年，荷兰莱顿大学天文学博士生盖尔·史密斯（Gail Smith）发现了一团浮在银河系旁边的诡异气体云。它看起来绝非普通的星云，而是一团似乎正向着某个方向疾驰的细长气体云。为了纪念发现者，人们将其命名为“史密斯云（Smith’s cloud）”。随后的射电观测表明，这团云正以每小时112万公里的极快速度绕着银河系旋转。它属于一种高速云（HVC，High Velocity Cloud），正以极快的速度在银河系的光晕（Halo）中穿梭。
史密斯云长达1.1万光年，宽2.5万光年。如果我们能用肉眼在夜空中看到完整的史密斯云，那将会是银河系旁边一个宽度达到满月30倍的巨大气体云。天文学家起初推测，这团在银河系光晕中飞速运行的云，是最初从银河系外流入的。他们认为，这可能是100亿年前银河系诞生时未能被吸纳进去的气体，或是因为缺乏足够的材料而未能孕育出恒星，最终才被银河系的引力捕捉并牵引过来。
如果这一推测属实，那么这团气体云应从未经历过超新星爆发，理应处于非常纯净的状态，几乎不含重元素，只含有氢和氦。
为了验证这一点，天文学家利用哈勃太空望远镜进行了有趣的观测。在史密斯云后方数十亿光年的遥远背景宇宙中，恰好有三个重叠在一起的星系。这些星系中心蕴含着强大的黑洞，会放射出强烈的紫外线。这种中心拥有活跃且猛烈黑洞的星系被称为活跃星系。从遥远背景活跃星系放射出的紫外线在穿过近处的史密斯云时，部分成分被云中的化学物质吸收。由于每种化学成分都会选择吸收特定波长的光，因此只需观察哪些波长的光被吸收，就能得知史密斯云的化学组成。
然而，令人惊讶的事实被揭开了。史密斯云并非预测中那样仅由氢和氦组成（即宇宙大爆炸后纯净的状态），它实际上带有相当多的“尘埃”。特别是哈勃望远镜在紫外线区域清晰地确认了硫元素的痕迹。硫是一种重元素，只有质量达到太阳级别的恒星才能产生。这意味着史密斯云并非从未孕育过恒星的“失败星系”，也不是刚刚流入的纯净气体云。
在史密斯云中明确检测到的包括硫在内的重元素，实际上指向了史密斯云本身就是从银河系脱离出去的碎片这一事实。在很久以前银河系内部反复发生的恒星诞生与死亡中，带有生命印记的气体云碎片因受力竞争被排挤到了银河系之外。但现在，它正受到银河系引力的牵引，正在返回故乡的途中。大约3000万年后，史密斯云将坠入银河系，在那次撞击带来的压缩下，云团中将再次像烟花一样迸发出新恒星诞生的火花。
银河系内部久远以前频繁发生的超新星爆发，可能就是导致这种气体云向外喷射的原因。强大的超新星爆发冲击波将银河系的一块“血肉”剥离出去，而现在它结束了漫长的旅行，即将回归。这种曾被推向银河盘面之外的气体云再次回流盘面的现象，被称为银河版的“喷泉”，即“银河喷泉（Galactic fountain）”。银河系内外完成了一个巨大的循环系统，如同成千上万光年尺度上连接着的输送带。
近期，通过利用哈勃太空望远镜进行的类似补充研究证明，这种银河尺度的循环系统不仅存在于银河系，在无数类似的星系中也频繁发生。天文学家以9个遥远的类星体为背景，观测了其前方正在活跃孕育恒星的11个星系。同样地，比较了来自背景类星体的光在穿过近处星系周围的光晕时，留下了什么样的化学成分痕迹。结果证实，在所有星系中，含有碳和氧的气体物质都广泛分布在银河盘面之外的遥远区域。甚至在距离星系外围远达41万光年的区域也探测到了碳和氧的踪迹。
这些星系都将自身孕育的超新星留下的珍贵化学产物（生命材料）扩散到了银河系之外、星系与星系之间的空旷地带。其中一部分再次被星系的引力捕捉，经过数十亿年的岁月后回到了最初的故乡。正因如此，星系周围数十万光年的广阔区域内，才弥漫着含有较高浓度重元素的气体云光晕。星系际介质（Circumgalactic Medium, CGM）的存在，通过实际观测得到了更明确的证实。
此次观测确认的CGM的存在，让我们与更遥远的宇宙建立了联系。碳和氧是构成地球生命最基本的材料。如果我们精确追踪其中的一个原子在过去138亿年间经历的旅程，或许会发现它曾远游至银河系与仙女座星系之间的荒芜空地，然后又回到了这里。我们瞬间便超越了地球、太阳系，甚至银河系，成为了环绕这整个星系的那巨大气体光晕中的一员。
如果我们能够感知那无数碳原子和氧原子的旅程，那将是一场难以估量的宏大循环。正如我们吸气与呼气一样，银河系也在呼吸。从生物学角度来看，银河系或许会被视为没有生命的、充满恒星与行星的死寂世界。但从更宏观的视角来看，银河系也是一个巨大的生态系统，是一个活着的、会呼吸的世界。天文学告诉我们，我们只是银河系无意间呼出的一口气中，偶然绽放的生命。
参考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9c69
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？热爱猫咪与宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，立志让更多人了解宇宙之美。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论研究室，研究通过星系相互作用进行的演化，同时进行讲座与写作等多种科学传播活动。著有《썸 타는 천문대》（暧昧天文台）、《하루 종일 우주 생각》（整天思考宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科学）等书籍。