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宇宙中最古老的螺旋星系長得像這樣!

2012/08/16 | | 標籤:

古老的星光,啟程於大霹靂後約30億年,以每年9.6兆公里的速度,歷經107億年而抵達地球,為今天的我們帶來驚喜,因為呈現在我們眼前的是:已知最早的螺旋星系。不過,107億年前的螺旋星系究竟有什麼特別呢?

UCLA天文教授Alice Shapley最近剛在Nature期刊上發表這項觀測研究結果,她向媒體表示:「如果我們回溯到宇宙早期,所看到的星系通常是怪模怪樣:是塊狀的、不規則的,而不會是對稱的,大部分古老星系看起來都像一列火車被撞後的殘骸。因此我們對這張圖像的第一印象是,這個星系怎麼會這麼特別,特別的美麗?」

在今天的宇宙裡,星系分為幾種型態。譬如像我們的銀河系是屬於螺旋狀的星系,星系裡有恆星和氣體盤,新興恆星在盤面上形成,恆星運動的方式是旋轉。除了螺旋星系以外,星系還有其它類型,譬如:橢圓星系,從外表看起來,它的形狀正好比一顆巨大的球,球體裡頭大多是較老、顏色偏紅的恆星,恆星的運動方向是隨機的。其他還有很多體型較小的不規則形星系,裡面的恆星只是因重力被「綁」在一起,但沒有任何可見得到的結構特徵。

早期宇宙中,星系結構在組成比例上與今天的宇宙大大不同,主要充斥在其中的都是一些不規則型星系。

根據UCLA的新聞發佈稿,Shapley教授所領軍的這組研究團隊是在透過哈柏太空望遠鏡去觀測早期宇宙中300個很遙遠的星系以了解它們有何特性的過程中,偶然發現了BX442。

回憶和這次新聞主角-「BX442星系」的初相遇,科學家們表示,雖然它在所有300個受觀測星系中已經是質量最大者,不過,最初他們並未想要給它取個什麼響亮的名字,只簡單給了它一個編號:BX442,而初次接觸所留下的第一印象就是,視覺錯覺;他們想,或許這只是看到兩個星系互相疊加所產生的影像。

然而,教人跌破眼鏡的是,事實上這個星系卻果然存在!另一位來自加拿大Toronto大學的論文共同作者David Law表示,以現階段的智慧,我們會認為,具有如此「大設計」(grand design)的螺旋星系,在早期宇宙中,根本就不會存在。(所謂” grand design”,指的就是在形狀上具有明顯的「旋臂」特徵者)

既然取得了一個如此獨一無二的BX442影像,為了能對它有更進一步認識,於是研究人員前往位於夏威夷毛納基山上的凱克望遠鏡去尋求協助,他們使用OSIRIS攝譜儀,一共研究了3,600個資料源,包括位在BX442星系的裡面以及其四周附近的都有,所獲得的這份光譜資料對於他們終於能確認這座星系「確實具有旋臂特徵」帶來極寶貴的幫助。也使他們能確認這不是兩個星系「正好在排列上出現巧合,湊巧疊加在一起」而已。

當研究團隊確認這個圖像並非來自視覺錯覺,而是這些旋臂特徵真的屬於「BX442星系」時,團隊成員們的反應簡直是興奮到爆。事實上他們還看到似乎有證據也顯示出這個星系中央有一顆巨大的黑洞,而且黑洞或許也和BX442星系的演化也有所相關。

但是,為什麼這顆星系看起來會這麼像一顆「現代版」的星系呢,又為什麼今日結構型態最為普遍的星系在古老宇宙中是那麼的罕見呢?

這就帶我們要回到「旋臂特徵形成原因」上去探究一番了。研究員認為,這個古老的螺旋星系形成的起始點可能指向了那顆位置在BX442附近的同伴矮星系(companion dwarf galaxy),還有兩者之間所發生的重力交互作用。矮星系的光譜資料在OSIRIS攝譜儀所提供的圖像上也看得到,就是位置在左上角部分的那塊斑點,後續方面,還有Arizona大學的研究人員Charlotte Christensen以數值模擬的方式加以確認。最後,小星系的命運將會是什麼呢?根據Shapely教授的想法,它可能是會被合併,成為BX442的一部分。

雖然圖像上看起來好像只是一顆鄰近星系而已,但是別忘了在早期宇宙中星系合併的頻率比現今高得多,當時來自星際介質的氣體如雨水般源源不絕澆灌,這些氣體餵養著恆星,也使得恆星形成速度比現在快得多,就連黑洞的生成也是以加快動作的速度發生,今天的宇宙如果和早期宇宙相比,想必將因「無聊透頂」而大為失色吧。

關於這個觀測項目的下一步計畫是什麼,Shapley表示,該團隊正規劃要去取得這顆星系在其他波段的各種圖像,他們想要為BX442中恆星和氣體的組合狀況繪圖。

早期星系熱鬧無比,變動劇烈程度遠大於我們今日所見的螺旋星系,兩者之間明顯不同,在Shapley主持的這支天文團隊的心目中,「BX442所扮演的正是其中的一個關鍵鏈結。事實上,且不論旋臂結構在宇宙的哪一段時期形成,BX442都能大幅突顯出,星系合併的交互作用怎樣影響旋臂結構的形成。」

因此,研究BX442能幫助天文學家了解螺旋形狀的這種星系是如何形成的。我們的家園,銀河系-也是一顆螺旋星系。(Lauren 譯)

圖說:藝術家繪製的BX442星系及其「伴矮星系」(“companion dwarf galaxy”, 位置在圖的正上方略為偏左) 圖片來源: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics/Joe Bergeron

資料來源:中研院天文網[2012.08.03]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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