從星系吹出的風_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陸寅楓

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：https://phys.org/news/2019-10-astronomers-galaxy.html

馬卡尼星系中的電離氣體風的三維渲染圖。圖中的形狀代表其實際形狀，而顏色代表風向。藍色為吹向地球方向的風，紅色則為相反的方向。圖中標註了兩個主要外流點的大概位置。Credit: Jim Geach, David Tree, Peter Richardson(University of Hertfordshire)

近日，一個由美國加州大學聖地亞哥分校的Alison Coil和羅德學院的David Rupke帶領的國際小組，在研究一個被稱為馬卡尼（Makani，夏威夷語中“風”的意思）的遙遠星系中的星系風時，有了非常新奇的發現。他們的發現首次為星系風在生成環星系介質（circumgalactic

medium，CGM）中起到的影響給出了直接的線索。顧名思義，環星系介質環繞星系而分佈，在星系演化中扮演着積極而重要的角色。馬卡尼星系獨特的化學組成使它成為了本次研究的目標。

“馬卡尼星系並不是一個典型的星系。”加州大學聖地亞哥分校的物理教授Alison Coil説，“它屬於一種叫‘後期大型合併（late-stage major merger）’的天體，這種天體由兩個合併不久的質量相當的星系組成。它們通常是由於相互之間的引力作用而合併的。星系合併往往會導致星暴：合併星系中的大量氣體被壓縮，從而使恆星形成率爆發式地增長。馬卡尼星系中的這些新生恆星很有可能導致了巨大的氣體外流。這主要以兩種形式發生，恆星風或是超新星爆發。”

宇宙中的絕大部分氣體都出現在星系周圍的區域，而不是星系內部。對此天文學家還沒有一個合理的解釋。通常來説，當天文學家觀測一個星系時，他們並不會看到星系正在經歷什麼劇烈的天文事件，如大合併、恆星的重新排列、大量恆星生成、或是猛烈的星系風等。

“儘管這些事件在星系的整個生命週期中可能會出現，它們也將會是非常短暫的。”Coil繼續解釋道，“這次我們非常幸運，在馬卡尼星系中的氣體和塵埃正大量外流時捕捉到了它。”

巨大的星系風包圍着馬卡尼星系。白色的等高線劃分出了顏色不同的幾個區域。顏色代表了電離氣體發出的光的亮度，其中淺色（白黃）代表了最明亮的區域，深色（藍紫）則代表了最闇弱的區域。畫面中央的黑色區域是整個馬卡尼星系，不過星系中絕大部分物質都集中在中心的綠點上。圖中空間座標軸的單位是千秒差距。Credit: Gene Leung(UC San Diego)

在本次研究中，Coil和Rupke的小組主要使用了凱克天文台的凱克宇宙網絡成像儀（Keck Cosmic Web Imager, KCWI）收集的數據，同時還參考了由哈勃望遠鏡和阿塔卡瑪大型毫米波陣列（ALMA）所拍攝的圖像。KCWI收集的數據讓研究員驚訝地發現馬卡尼星系的電離氧氣佔據了極其龐大的空間，遠超星系本身。此外，KCWI的數據還讓研究員分辨出哪裏是幾百萬年前剛開始的，速度仍然很快的氣體外流，哪裏是已經開始了幾億年，並且速度已經減緩了很多的氣體外流。

“很早就開始的氣體外流已經飄到了距星系非常遠的地方，而那些速度很快但開始了沒多久的氣體外流則還沒有。”羅德學院的物理副教授Rupke總結道。

研究人員通過哈勃望遠鏡收集了很多馬卡尼星系中恆星的圖像，結果顯示馬卡尼是一個質量巨大又緊湊的星系，是由兩個獨立的星系合併而成的。通過ALMA，研究人員發現外流的氣體中不僅有分子，還有原子。數據指出，馬卡尼星系中除了有處在各個不同壽命階段的恆星外，還有可能存在着一個吸積了很多塵埃的超大質量黑洞。這些現象表明馬卡尼星系的屬性和年齡是與星系風的理論模型相一致的。

“從體積和速度來看，這兩處外流氣體與過去觸發它們的星暴事件是相吻合的。我們有着相應的理論模型，預測了由星暴所引發的大型又快速的星系風的行為，我們測量的結果與這個理論模型也是一致的。”Coil指出。

Rupke注意到馬卡尼星系風的沙漏形狀與其他一些星系中的星系風非常相像，但是馬卡尼星系風的體積遠遠大過其他星系的星系風。

“我們可以斷定這的確是正在由星系內部吹往星系周圍的氣體。並且在這個過程中，不斷有新的氣體被推動而一起移動了起來。”Rupke解釋説，“整個星系中可見物質的1%至10%都因此在以幾千千米每秒的速度移動着。”

Rupke還指出，儘管天文學家逐漸對星系風是產生環星系介質的重要推動力這一點產生共識，先前的大部分證據只是來自有關星系局部的理論模型和觀測結果，我們並沒有對整個星系有過完整的研究。

“但是這一次我們有了一個星系的完整圖像，它很好地展現了我們所期望的景象。”Rupke説，“馬卡尼星系第一次直接地呈現了星系是如何對其正在形成的環星系介質做出貢獻的。”

『天文時刻』 牧夫出品

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