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雙子望遠鏡捕捉到罕見的極環星系

上圖是雙子天文臺(Gemini Observatory)捕捉到的NGC 660星系影像,這是個相當特殊的極環星系(polar-ring galaxy),擁有繞極的環狀星流,是曾經歷兩星系交互作用的結果。

極環星系是很特殊的天體,迄今已知的極環星系數量很少,相當罕見,因此對於它們的起源所知不多。絕大部分極環星系的中間是早型螺旋星系系統(early-type spiral system),即所謂的透鏡星系(lenticular galaxy)。NGC 660位在雙魚座方向,距離約4000萬光年,和其他極環星系不同的是,NGC 660中間部分是目前唯一已知的晚型透鏡星系(late-type lenticular galaxy)。不過,所有的極環星系都有一個共同特徵,就是擁有一圈由恆星、塵埃和氣體組成、和星系盤面垂直的繞極環狀構造,可綿延長達數萬光年。

按照電腦模擬結果,極環星系可能是由兩個星系碰撞合併而形成,與其他星系碰撞事件稍不同的是,這兩個螺旋星系的盤面是以幾乎直角的角度相互碰撞的,碰撞之後,富含氣體螺旋星系中的物質受到主星系的重力(潮汐作用)而被剝離,逐漸形成一個環狀結構。在此劇烈碰撞事件中,可能引發大量恆星誕生,使得這個長達40,000光年的極環滿佈明亮而色彩斑斕的新生恆星、星團或星雲。

在狂暴事件中誕生

美國亞利桑納大學(University of Arizona)的Brian Svoboda近期正在研究NGC 660的化學組成和環境溫度,他相信這個獨特的型態是這個星系之前曾與一個富含氣體的星系有交互作用的結果。NGC 660的極環中所含的氣體量比主星系還多。不過NGC 660極環的幾何形狀,確切的說,並不是真的繞極,而是與主星系盤面傾斜45度角;以電腦模擬星系碰撞,無法模擬出這種低角度的極環,然而若是採用潮汐加速模式(tidal accretion scenario),則可呈現這種低角度極環。

NGC 660的極環中已經衍生出數百個天體,其中有相當多的是藍巨星和紅巨星。其中最年輕的恆星大約僅有700萬歲左右,顯示極環中的造星運動已經持續好一陣子,而且仍未衰竭。除了顯眼的極環之外,NGC 660上還有與明亮背景成鮮明對比的暗色塵埃線(dust lane)橫越星系盤面。整個星系畫面簡單,卻美麗!

掂掂證據的份量

如果真的是兩個星系合併的結果,那麼就應該會有向內收縮的核心和大量恆星形成的現象。而天文學家的確有看到這兩個現象。但讓天文學家感到最驚奇的一點,卻是NGC 660的極環和主星系部分,都含有極豐富的氣體。如果只是單純的重力累積,則極環中的氣體與富含氣體的主星系就不會有強烈的交互作用;然而,如果是有重力交互作用,那麼就會導致氣體向中心區域流動,引發如我們現在所見的大量恆星誕生現象。

更進一步的證據,是NGC 660缺乏雙核心,也就是兩個原螺旋星系中心的超大質量黑洞;通常在星系合併事件中,如果星系還沒有完全合而為一,那麼應該會有雙核心。

天文學家並沒有偵測到NGC 660有向外延伸的潮汐尾(tidal tail),這是許多星系有潮汐交互作用的關鍵特徵之一。通常一個星系近距離掠過另一個星系時,彼此間的重力交互作用(稱為「潮汐作用」)會將星系內的恆星、氣體和塵埃拖曳而出,在星系後方形成一道燦爛的尾巴。但前述兩種極環星系的模型,都會產生沒有潮汐、但新恆星誕生活躍的極環。

Svoboda等人估計這場碰撞事件造成的極環大約10億歲左右,因此扯出極環的另一個星系已經跑遠了。

浴火重生的鳳凰?

在眼睛看不到的電波波段,科學家偵測到在NGC 660的核心有個直徑小於32光年的緻密電波源。這些天文學家相信,應該是在核心附近的緻密塵埃氣體雲中有數千顆恆星所組成的超級星團( super cluster),這些藍色恆星年輕且熾熱,因而能輻射出大量無線電波。

星系的核心區通常是由紅色的老恆星擁有主導權,但可能是某次NGC 660曾經歷的星系碰撞事件,在這個星系的核心區激發了大量恆星誕生;有可能是因為兩星系之間的重力交互作用製造一波波的震波衝入巨大氣體雲時導致雲氣收縮而形成大量恆星,其中許多恆星的質量可能超過100倍太陽質量。這些恆星怪獸們壽命都不長,並在生命終點發生超新星爆炸,爆炸過程又產生更多震波,導致下一波新恆星誕生。如此惡性循環之下,NGC 660核心便匯聚了大量新生的熾熱恆星,讓它不僅是個極環星系,也是個所謂的星遽增星系(starburst galaxy)。這些歷程,讓NGC 660的核心區成為迄今已知最密集、最劇烈的恆星誕生環境。

偵測暗物質

極環星系的極環的自轉速度與主星系相當。藉由測定離星系核心不同距離的極環自轉速度,這些天文學家可以探找星系銀暈中的神秘暗物質。電波觀測顯示雖然極環靠星系核心一側的自轉速度是正常的,但遠離核心的外側部分一直到缺乏氣體的區域,自轉速度卻仍保持相同;然而理論上,離核心愈遠,自轉速度應會明顯降低。因此自轉速度均一的現象,顯示NGC 660星系的銀暈中含有大量暗物質。

天文學家相信暗物質會影響整個星系的動力學,但要瞭解暗物質卻是天文學界最大的挑戰之一。因此,這些天文學家們希望未來能藉由研究NGC 660的奇特環境來進一步探索暗物質的真相。

資料來源:Poetry in Motion: Rare Polar-Ring Galaxy Captured in New Image. Gemini Observatory [October 18, 2012]

轉載自 網路天文館

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