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搶劫星系造星材料的宇宙吹葉機—NGC 3801星系

2012/05/24 | | 標籤:

根據最新研究結果顯示:超新星爆炸和黑洞怪獸的噴流,像是清除道路上的落葉用的吹葉機一樣,時常會將星系中製造新恆星所需的氣體塵埃等物質吹到星系之外。這項發現,填補了一個關於星系演化尚未完全解決的難題。這項發現,乃是在職於印度的Ananda Hota,在中央研究院物理及天文物理研究所(Institute of Astronomy & Astrophysics at Academia Sinica,ASIAA)擔任博士後研究員期間,利用美國航太總署(NASA)的星系演化探測者號(Galaxy Evolution Explorer,GALEX)和其他儀器所得的資料進行研究而得。

天文學家早已知道像銀河系這樣富含氣體的螺旋星系互相碰撞合併後,會逐漸形成橢圓星系。這些巨大的橢圓星系中,恆星形成的活動非常低,使得星系中的恆星年齡大都偏老,讓整個星系的外觀顏色偏紅。讓充滿生機的年輕螺旋星系劇烈過渡到死寂的年老橢圓星系,關鍵之處就在於星系中的製造恆星的材料—低溫氣體快速流失。這個快速流失的過程,起始於超新星爆炸使物質開始外移,緊接著受到超大質量黑洞的震波對這個物質流失的過程推波助瀾。Hota等人便是觀察到一個新近合併的星系恰處在這個氣體流失的過程中;這是星系演化的研究領域中,迄今尚未找到關鍵證據的階段。

超大質量黑洞位在星系中心,當星系合併時,會因吞噬大量氣體而造成亮度陡然增亮,並向外發出強力噴流;這類超大質量黑洞稱為「活躍星系核( active galactic nucleus,AGN)」。根據理論,噴流所造成的震波或加熱橢圓星系裡的低溫氣體,並驅使逸散,從而使橢圓星系中的新恆星誕生工作中斷。Hota等人檢視的星系NGC 3801,恰好就處在前述這個星系演化階段中。
Timeline of the Rise and Fall of NGC 3801. Diagram Credit: NASA/JPL-Caltech  NGC 3801有明顯證據顯示過去曾有過一場星系合併的事件,合併後的星系中心超大質量黑洞噴流所製造的震波近期才開始向外擴散。他們利用GALEX測定星系中的恆星年齡,並由此推測這個星系的演化歷史。紫外觀測顯示NGC 3801的恆星形成速率約在過去1~5億年間逐漸變得疲軟,證明這個星系已經開始脫離它的青年期。缺乏巨大的藍色新恆星,使得NGC 3801在可見光波段中呈現黃色至紅色的色調,這一點也顯示它正在步入中年期。

到底是什麼原因讓這個星系逐漸變老、新恆星產出速率愈來愈少?那些在星系剛合併完所形成的藍色恆星壽命並不長,已經演化至超新星,將物質向外吹散。來自哈柏太空望遠鏡的觀測資料顯示這些超新星爆炸事件已經在NGC 3801星系中心區域促使被加熱的氣體形成一道向外的快速物質流;星系中製造新恆星所需的低溫氣體庫存,逐漸被這到物質流帶走,使得NGC 3801製造新恆星的工作因原料匱乏而無法繼續。

根據紫外波段的GALEX和紅外波段的史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)觀測顯示:NGC 3801星系中仍有零星的新恆星在形成。但從錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)的資料來看,這個殘燭餘火之舉,很快地就會在超大質量黑洞噴流的震波搗弄下熄滅。這股從星系中心向外疾衝的震波,速度高達每秒900公里左右;Hota等人估計,僅需約1000萬年的時間,就可衝到星系邊緣,將任何殘餘的低溫氫氣清除完畢,此時這個星系就當真進入紅而死寂的階段了。因此,這批天文學家運氣真好,恰好捕捉到處在恆星形成開始被抑制這個演化轉折點上的NGC 3801。

Hota表示:來自活躍星系核的反饋,約在10億年內便可完全抑制NGC 3801星系中的恆星形成,以典型大型星系約100億年的壽命而言,1億年算是很短的時間了。超大質量黑洞震波的威力如此之強,強到足以改變整個星系的演化,改變了這個星系的未來。Hota等人希望能繼續利用美國新墨西哥州甚大電波陣列(Very Large Array)和可見光波段的史隆數位巡天(Sloan Digital Sky Survey)資料,進一步研究這個星系的轉折概況。

資料來源:Cosmic ‘Leaf Blower’ Robs Galaxy of Star-Making Fuel [2012.04.03]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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