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天文學家改寫哈柏星系分類音叉圖

風行了70多年的哈柏星系分類音叉圖(tuning fork diagram)恐將改觀。

由英國牛津大學Michele Cappellari領軍,來自歐洲與北美地區的25位天文學家組成的ATLAS3D巡天計畫團隊,利用位在加納利群島(Canary Islands)拉帕瑪天文台(La Palma)4.2米威廉‧赫歇爾望遠鏡(William Herschel Telescope)上的SAURON光譜儀,觀測並分析鄰近宇宙裡260個星系中的恆星運動,總共花了40個晴夜,才將他們挑選的260個星系全部觀測完成。

經過4年多的奮鬥後,Cappellari等人發現許多原本在哈柏星系分類圖中被分類為橢圓星系(elliptical galaxies)或透鏡狀星系(lenticular galaxies)的早型星系(early-type galaxies),其實應該是與螺旋星系並行的一個分支,這讓原本像是「音叉狀」的哈柏星系分類圖,變成「齒梳狀(comb-like)」,只有少部分確實為橢圓形的星系留在原處,但長度已減短許多,變成是梳子的握柄。這個結果衝擊到星系形成與演化的相關研究,但也給了天文學家一個新的研究線索。

愛德溫‧哈柏(Edwin Hubble)於1936年根據星系的外型予以分類成橢圓星系、螺旋星系(spiral)和棒旋星系(barred-spiral),橢圓星系是與螺旋星系截然不同的星系類型,而棒旋星系則視為螺旋星系的分支,並認為其中有演化上的先後關係,排列後的圖案如同音叉,因此稱為哈柏音叉圖,或稱為哈柏序列;另外還有外型不規則的星系,則未列在此圖中。螺旋星系中的恆星與氣體分佈呈現出明顯的扁盤狀和旋臂特徵,星系自轉速度較快;橢圓星系則缺乏氣體,整個星系像是橄欖球般的橢球體,星系自轉不明顯,通常呈現非軸對稱的外型。

然而,這種僅依靠可見光影像的分類方式並不可靠,尤其是那些薄盤(thin disk)盤面正面對著地球的螺旋星系,和比較圓、但側向地球的橢球狀星系,實在很難分辨。天文學家對於早型星系中是否藏有盤狀結構的問題爭議了數十年之久,這個問題最終僅能依靠星系中的恆星運動狀況來解決;因為薄盤中的恆星繞星系質心公轉的速度,會比圓一點的橢圓星系還快許多,所以從恆星運動狀況就可以決定橢圓星系中是否隱藏有盤面系統。然而這種觀測非常複雜,且需要長時間累積觀測才能得到所需的資料,因此一直到現在,天文學家才有能力進行這項研究。

Maps of the observed velocity of the stars in the volume-limited sample of 260 early-type galaxies of the ATLAS3D survey. Red/blue colours indicate stars moving away/towards us respectively. Fast rotating and disk-like galaxies are characterized by two large and symmetric red/blue peaks at the two sides of the centre. This figure shows that this class of objects constitutes the vast majority of the sample 左圖是Atlas3D巡天計畫觀測的星系恆星運動速度圖。紅色顯示恆星正在遠離我們,藍色則顯示正在接近我們。快速自轉且類似扁盤狀的星系,其星系中心兩側的紅色與藍色色調會明顯不對稱。

ATLAS3D計畫的新研究結果顯示:橢圓星系和螺旋星系之間的關係比之前認為的還更加密切;超過66%的早型星系並非是橢圓星系或透鏡狀星系,它們其實類似螺旋星系,具有盤面結構,只是星系中的氣體和塵埃比一般「正常的」螺旋星系少得多了。只有少數早型星系的自轉真的很慢,可能是真的橢圓星系。如果這項研究屬實,那麼哈柏音叉圖對星系結構的描述可是錯了很久呢!

相關論文發表在英國皇家天文學會月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)中。

資料來源:2011.06.20, KLC

  1. http://www.astron.nl/about-astron/press-public/news/atlas3d-project-replacing-handle-hubbles-tuning-fork/atlas3d-project
  2. http://www.ox.ac.uk/media/news_stories/2011/110620.html
  3. http://www-astro.physics.ox.ac.uk/atlas3d/

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