恆星污染，星系回收_風聞

原創：牧夫天文

原作：Miles Hatfield

翻譯：黃雪妮

校譯：牧夫天文校對組

編排：葛明紅

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/stars-pollute-but-galaxies-recycle/

星系曾經被認為是宇宙中的孤島:一簇簇的物質漂浮在空曠的空間中。我們現在知道它們其實是被更大的但幾乎看不見的塵埃和氣體雲所包圍。天文學家稱之為環星系介質，簡稱CGM。CGM就像一個巨大的回收工廠，吸收星系噴出的物質，之後再將它們送回去。

美國國家航空航天局的遠紫外羅蘭圓成像和光譜望遠鏡(FORTIS)將研究這種循環過程，以幫助解決幾個未解之謎。FORTIS將乘坐在新墨西哥州的白沙導彈場發射的探空火箭進入太空，然後觀察附近的一個星系，測量其恆星和超新星泵入周圍的CGM的氣體。這些觀測將有助於瞭解物質是如何在星系內外循環的，從而推動恆星的形成和星系的演化。FORTIS的發射窗口將在10月27日開啓。

研究星系生命週期的天文學家一直在與兩個主要的謎團作鬥爭。

首先，為了形成新的恆星，星系需要燃料——像氫、氦這樣的氣體，有時還需要更重的元素。但是，許多星系在天文學家預測它們的燃料應該已經耗盡後，仍然繼續形成恆星。額外的氣體從何而來?

第二，現有恆星的副產品似乎消失了。“隨着恆星年齡的增長，它們會污染周圍的環境，”約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)天體物理學家、FORTIS的首席研究員斯蒂芬·麥克坎德利斯(Stephan McCandliss)説。“他們吸收周圍的物質，然後再把它們吹出去。”

但科學家們發現，充滿恆星的星系並沒有像推測那樣受到金屬污染——這些重金屬元素是在恆星燃燒時形成的。富含金屬的氣體既進入又離開星系，但沒人知道是怎麼回事。

天文學家們早就知道CGM的存在，但大多數CGM太過昏暗和分散，無法進行詳細的研究。但在2009年，宇宙起源光譜儀被添加到哈勃太空望遠鏡，使得天文學家可以對CGM進行研究。

在兩年後，天文學家們對42個星系的CGM進行了研究，發現它們充滿了氣態金屬。這正是天文學家一直在尋找的星系中缺失的金屬。

這些富含金屬的氣體並不是停着不動，而是作為持續循環過程的一部分，被CGM在星系內外來回傳遞。

格林貝爾特馬里蘭州NASA戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的天體物理學家斯科特·波特(Scott Porter)説：“CGM對理解星系演化有至關重要的作用，因為它是形成恆星所需的燃料的儲存庫。”

引力將氣體從CGM拉向星系中心，為星系注入新的燃料來製造恆星。與此同時，恆星風和超新星將金屬射入CGM，補充了供給。

一顆巨大的恆星在“核心坍縮”的超新星中爆炸的動畫。超新星是星系向周圍星系介質噴射富含金屬的氣體的一種方式。

Credits: NASA/JPL-Caltech

FORTIS將計算出有多少氣體在這個循環過程中被泵入CGM。具體來説，該望遠鏡通過測量恆星風和超新星來找出有多少氣體被吹進CGM，以及有多少沒有進去。

“如果氣體以非常高的速度噴射，它將完全逃離星系，”McCandliss説。貴金屬可能會通過CGM被攝入星系間空間而離開循環系統。“但如果它們以較低的速度被噴射出去，它們則會繼續留在循環系統中。”

FORTIS將乘坐探空火箭飛上高空。探空火箭是一種亞軌道太空運載工具，在返回地球之前，它將在太空中運行15分鐘。FORTIS將對準位於270萬光年之外的三角座星系，也被稱為M33。三角座很明亮，許多新形成的恆星都有很強的恆星風。

三角座星系，也被稱作M33。

Credits: NASA,ESA,and M.Durbin, J.Dalcanton,and B.F. Williams (University of Washington)

在觀測M33約一分鐘後，FORTIS將聚焦於它最亮的恆星羣和超新星，以測量其風的速度和組成。“這將讓我們瞭解物質是如何循環的，以及有多少物質被移動了，”McCandliss説。

和許多探測火箭的任務一樣，FORTIS將在測試新工具的同時研究這些科學問題。在這次飛行中，FORTIS使用的是下一代微快門陣列，其設計基於美國國家航空航天局(NASA)的詹姆斯•韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)。升級後的儀器將允許FORTIS一次測量40個不同的目標，遠紫外線的波長將超過早期版本所能分辨的範圍。

“這是新技術帶來的新科學，”McCandliss説。“我們希望把員工訓練成更大、更好的團隊。”

FORTIS將在新墨西哥州的白沙導彈場用一枚黑色Brant IX探空火箭發射搭載。它會飛到大約155英里的高度，然後返回地球。該團隊預計觀測時間為6分鐘，總飛行時間約為15分鐘。發射窗口將在美國東部時間10月27日晚10點30分開啓。

『天文時刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

國際空間站凌越無黑子的太陽

影像來源:  Eduardo Schaberger Poupeau