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哈伯望遠鏡發現一對正在衝向銀河系的矮星系

美國太空望遠鏡科學研究所(Space Telescope Science Institute)天文學家 Erik Tollerud 等人利用哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)觀測資料,發現有一對矮星系(dwarf galaxies)正從太空中的「荒漠區」往鄰近的「都會區」移動中。

這些天文學家估計,它們大約沉寂數十億年之後,星系內的恆星誕生速度將會暴增,從而加入星遽增星系(starburst galaxies)的行列。我們現在所見到的這對星系的狀況,或許是宇宙早期普遍存在的景象,所以或許能透過它們,進一步取得星系形成與演化的線索。

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誕生在荒漠的兩星系,怎麼進入都會區?

這對晚熟的矮星系分別為雙魚座 A 星系與 B 星系(Pisces A and B),從它們誕生迄今,生命中的絕大部分時間都待在本地空洞結構(Local Void)裡,這是一個直徑約 1.5 億光年的大尺度結構,如其名般,空洞內僅有少數星系分佈其中。但是後來受到星系密集區的重力牽扯,這對孤單的星系對終於進入一個星系際氣體充盈的擁擠區域;在衝入這些豐富氣體的過程中,不斷有氣體落入雙魚 A 和 B 星系內,使得它們的恆星誕生速率開始加快。

不過這些天文學家有另一個猜測是這對星系可能遭逢一個氣體絲狀結構(gaseous filament),會壓縮星系內的氣體,讓星系內的恆星誕生情形加劇。考量這對星系的位置後,Tollerud 等人認為雙魚 A 與 B 星系應該是位在一個鄰近的濃密氣體纖維狀結構的邊緣,而目前這對星系各自含有約 1000 萬顆恆星。

這兩個矮星系似乎不太一樣

現行理論認為在數十億年前的宇宙早期,矮星系是大型星系的建造基石。由於雙魚 A 和 B 星系大多時間是處於空曠的太空荒漠區,讓它們恰好避開宇宙中破壞力最強的一段時期。

Tollerud 表示:因為處在本地空洞結構內的關係,減緩了這對星系演化速度;之所以認為這對星系之前是位在空洞中,乃是因為它們的氫含量比類似的星系還高一些。在宇宙較早時期的星系,會含有較高的氫濃度;但是相較於同齡且化學組成豐富的,這些矮星系因為恆星形成活動不踴躍之故,使其似乎保留了更多的原始化學組成。此外,與鄰近宇宙中其他有恆星形成正常進行的典型星系相較之下,這些矮星系的結構也比較緊實一些。

科學家怎麼發現它們?哈伯望遠鏡是關鍵

與典型星系比較,矮星系小而暗,所以並不容易發現這些矮星系。Tollerud 等人是透過一個利用電波望遠鏡測量我們銀河系中的氫含量的特別巡天計畫發現雙魚座 A 與 B 這對矮星系。這項巡天計畫捕捉到數千個小而緻密的氫氣雲球,絕大部分雲球位在我們銀河系內,另外辨識出有 30~50 個可能是銀河系以外的其他星系。這些天文學家利用位在美國亞利桑納的 WIYN 望遠鏡以可見光波段研究其中最可能是星系的 15 個雲球。根據觀測結果 Tollerud 等人再選出 2 個最可能是鄰近星系的雲球,另外透過哈伯太空望遠鏡的先進巡天相機(Advanced Camera for Surveys)來進一步研究這 2 個天體,最後終於確定它們兩個,即雙魚座 A 與 B 都是矮星系。

正在組裝的先進巡天相機(Advanced Camera for Surveys)。圖/Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6223581

正在組裝的先進巡天相機(Advanced Camera for Surveys)。圖/Public Domain, wikimedia commons.

哈伯太空望遠鏡的敏銳解析力,可以將鄰近但昏暗的矮星系中個別恆星解析出來,這些天文學家可據估計這些矮星系的距離。距離是決定星系亮度的重要參數,而這個哈伯觀測還有一項工作就是要估算這些星系離最近的空洞結構有多遠。最後得出:雙魚 A 星系距離約 1900 萬光年,雙魚 B 星系約 3000 萬光年。

追溯兩星系的恆星形成史

分析矮星系內個別恆星的顏色後,天文學家能追溯這兩個星系內的恆星形成歷史。這兩個星系各含有約 20~30 顆明亮的藍色恆星,這代表它們非常年輕,少於 1 億歲。Tollerud 等人由此判斷:在距今不到 1 億年之前,這些星系內的恆星形成率增加了一倍。但當這些星系最終成為某個大型星系的衛星星系之後,那麼它們的恆星形成率又再度減緩,這是因為沒有新的氣體補充造星所需原料,當原本的存料用罄之後,便將完全停止製造新恆星。不過目前並不清楚這個停止造星的階段何時會發生,所以合理的猜測是恆星形成率至少還會上漲一陣子。

Tollerud 等人希望能再經由哈伯觀測到類似的矮星系。他們也計畫從帕洛瑪巡天望遠鏡及泛星快速回應系統巡天計畫(Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (Pan-STARRS) survey)觀測資料中篩選可能的矮星系。未來也將利用廣角巡天望遠鏡,如智利的 LSST(Large Synoptic Survey Telescope)或中國大陸的 500 米電波望遠鏡等,能發現更多這類矮小的星系鄰居,如此一來,才能進一步瞭解這些矮星系們的性質與在星系演化、宇宙演化中所扮演的角色。

資料來源:

本文轉載自臺北天文館之網路天文館網站。

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