地球上散布着数十个大型望远镜，还有一些在地球上方，你可能会认为我们已经发现了天空中几乎所有可以发现的东西。但实际上，这是一种过于狭隘的观点。
最近在仙女座星系附近发现了一个巨大的气体云，这是天空中研究最广泛的天体之一，最新的证据表明，天空仍然提供了大量的宇宙空间供我们筛选。这个云已经隐藏在众目睽睽之下几十年了。最棒的是，它的起源仍然是一个谜。
廉价但高质量的数字探测器的出现，使得天文摄影比以往任何时候都更容易。这引发了天文爱好者中的一种新趋势，即专注于天空中的一个选定区域，并进行有效的超长曝光，希望能找到可能存在于那里的任何微弱的模糊天体。
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业余天文学家和研究人员马塞尔·德雷克斯勒和泽维尔·斯特罗特纳决定利用这些最新的技术改进。他们想扫描天空的部分区域，寻找微弱的星云——气体云——因此他们请来了扬·圣蒂，一位法国业余天文学家和天体摄影师。圣蒂决定以仙女座为目标，仙女座是一个巨大的螺旋星系，很像我们自己的银河系，距离我们只有250万光年。从宇宙的角度来看，它的近距离使仙女座在一个多世纪以来一直是天文学家眼中的“肥肉”。由于其最明显的宝藏已被绘制出来，天文学家通常认为在那里剩下的任何发现都将是小的、独立的天体，例如星系内部的星云。
圣蒂将他的观测结果发送给德雷克斯勒和斯特罗特纳进行处理和分析。在仔细研究图像时，他们发现了一些出乎意料的东西：一个巨大的延伸结构，几乎和仙女座本身一样大，并且就在它旁边。只有当圣蒂使用一种滤光片获得图像时，星云才显现出来，这种滤光片阻挡了除双电离氧发出的蓝绿色辉光以外的所有光线——也就是说，氧原子失去了两个外层电子，这在巨型气体云中很常见。本质上是人类的好奇心驱动了这种滤光片的使用；之前从未制作过仙女座周围天空的非常深入的大尺度地图。
在同一次观测运行期间，圣蒂还使用另一个调谐到氢原子光线的滤光片拍摄了深空图像。虽然他看到了许多围绕仙女座的气体云（很可能是我们银河系中的星云叠加在仙女座附近的天空中），但没有一个能与这个奇特的富氧星云的大小和形状相匹配。
然而，该团队想知道，这个云是否可能是圣蒂图像中的某种人为假象——例如，他的望远镜中的反射光。为了找出答案，研究人员邀请了另一位功成名就的业余天文学家布雷·福尔斯用他自己的望远镜进行更多观测。他在他的数据中看到了同样的星云，独立地证实了云的存在。
最终，来自法国、加利福尼亚州和新墨西哥州的五台望远镜的观测结果使该团队确信这个物体是真实的。它现在被命名为 Strottner-Drechsler-Sainty Object 1，或 SDSO-1。
但问题仍然存在：它是什么？
为了找出答案，该团队联系了专业天文学家罗伯特·费森、迈克尔·舒尔和斯特凡·基梅斯温格进行更深入的分析。发表在美国天文学会 (AAA) 期刊《AAAS 研究笔记》上的这项专业-业余合作的结果令人着迷，即使关于星云起源的线索仍然令人费解。
仙女座的大多数图像都很壮观——例如这张用红色、绿色和蓝色滤光片在可见光下拍摄的图像——但没有显示出被称为 Strottner-Drechsler-Sainty Object 1 (SDSO-1) 的巨大云的迹象。图片来源：Adam Block/Steward Observatory/亚利桑那大学
天文学家已经研究了许多可能性，但在这一点上，这个气体云仍然难以解释。它在天空中靠近仙女座强烈暗示它与该星系有关，而且云是略微弯曲的，就好像从星系中凸出来一样。这些特性都不能最终将云在物理上与星系联系起来，但两者都确实具有启发性。如果 SDSO-1 确实是仙女座的一部分，但在星系主体之外，那将意味着该云长达数万光年，使其成为仙女座最大的连贯结构之一。
如果它位于仙女座巨大的星系晕中——一个大致呈球形的恒星集合，环绕着星系——它可能是那里恒星流抛出的气体。但如果是这样，也应该看到大量的氢，因为氢是恒星的主要成分。然而，正如圣蒂用他的氢探测滤光片显示的那样，云中没有氢——或者至少太少而无法探测到。
仙女座正在向我们的银河系移动，SDSO-1 大致位于它们之间，这提供了另一个潜在的线索。仙女座离银河系非常近，以至于它们的星系晕可能正在相互作用，当两个星系在太空中经过时相互碰撞。两个星系晕中的弥散气体会在碰撞时压缩，形成一个弯曲的结构，就像船在水中航行时产生的弓形波一样。然而，如果是这种情况，云就不应该显得离仙女座如此之近。相反，它应该出现在天空中大约在仙女座和银河系中心之间的中间位置。而且这种情况仍然无法解释氢的缺乏。
另一种可能性是，云的物理尺寸要小得多，但离我们更近，这意味着它是银河系中的一个星云，只是巧合地出现在仙女座附近。行星状星云是垂死的类太阳恒星抛出的气体壳，它们通常富含氢和氧。在中心恒星激发气体的情况下，这些星云往往在两种元素发出的光中都显得明亮。因此，SDSO-1 中氢的缺乏再次令人费解。
SDSO-1 有可能是银河系中一颗恒星作为超新星爆炸后的残余物，但那样它也应该在紫外线和无线电波中发光。然而，在搜索仙女座的较早观测资料时，天文学家没有看到来自该云的任何其他波长的光，包括 X 射线以及可见光和红外光。
因此，目前，没有任何已知的机制可以解释所有数据。虽然令人费解，但这正是科学家们喜欢的东西。解决难题是我们最初想成为科学家的原因。
如此巨大的东西在我们的天空中一直没有被发现，直到现在才被发现，这令人惊叹，即使对天文学家来说也并非完全出乎意料。大型望远镜往往具有狭窄的视场，因此观测具有较大视大小的天体很困难——尤其是像 SDSO-1 这样广阔的天体，它在天空中与三个满月一样宽。更大的仪器只是错过了它，只见树木不见森林。
此外，云极其微弱，需要非常长的曝光时间才能发现。在发现和确认图像中，仅使用双电离氧滤光片的总观测时间就达到了惊人的 160 小时。即使是专业天文台使用的滤光片和探测器，其设计也与业余望远镜的观测方式不同。这也增加了发现像 SDSO-1 这样的天体的难度。即使是3.8 米加拿大-法国-夏威夷望远镜，它配备了令人难以置信的 3.78 亿像素相机和一个氧气滤光片，也直接看向 SDSO-1 所在的天空位置，但什么也没看到。它是一件令人印象深刻的设备，但它只是没有被设计用来看到天空中如此巨大和微弱的东西。
解决这个谜团需要光谱——将云的光分解成小的波长段，类似于雨滴将阳光分解成彩虹的方式。通过仔细检查 SDSO-1 的光谱，可以通过多普勒效应确定其气体的速度——如果气体正在向我们移动，则其颜色略微蓝移；如果气体正在远离我们移动，则其颜色略微红移。如果云的移动速度与仙女座相似，那么它很可能是该星系的一部分。相反，如果它移动得更慢，那么它很可能位于我们自己的星系中。该研究的作者报告说，此类光谱观测已经在进行中，但在这些观测完成之前，这个云的起源和行为仍然是一个谜。
虽然 SDSO-1 提出了一个难题，但它也在某种程度上是一个希望的灯塔：它向我们表明，天空中仍然有许多宝藏有待发现。我们只需要使用正确的工具来揭开它们的面纱。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。
编者注（2023 年 1 月 12 日）：本文在发布后经过编辑，以更正对马塞尔·德雷克斯勒、泽维尔·斯特罗特纳和扬·圣蒂在发现中的各自角色的描述。