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新奇星系透露閃亮故事

(中研院天文所祝熹博士研究)

距離地球16億光年外,一個有著多重特色的星系,為天文學家帶來了一個前所未有的大好機會,得以直接一窺宇宙早期歷史。新發現的這些重要證據不僅對於星系及星系團如何生長的過程細節具有關鍵意義,整個發現進行的過程也令人驚嘆連連。

橢圓星系往往產生許多強大、以接近光速移動的次原子粒子噴流。相對於橢圓星系,目前為止,螺旋星系方面已知則僅只有兩個星系具有此強大噴流現象,本次研究主題,研究員起名以Speca稱之的星系,正是其中之「唯二」,(另一則是著名的M87星系)。且特別值得一提:Speca還顯示出這些噴流活動分階段發生於三個個別不同的時期。

高速而巨型的粒子噴流,能量由位在星系核心的超大質量黑洞供應,無論橢圓星系和螺旋星系都蘊藏有黑洞,但在諸多螺旋星系中,目前只發現Speca和M87這兩個螺旋星系發射出巨型噴流。噴流物質,從環繞著黑洞快速旋轉的氣體盤兩極向外大量噴出,並且這些噴流還會「時開時關」,此情節,以橢圓星系來說,天文學家已目睹過不下十餘回,但除了Speca以外,另外就只有一個橢圓星系拿得出像這樣在單一星系中顯示出三階段的證據。

中研院天文所博士後研究員Ananda Hota(中譯名:祝熹)表示:「這可能是我們所見過最奇特的一個星系。它將帶領我們認識星系和星系團最初如何形成,並發展成我們今天所看到的星系和星系團。」

科學家們認為距離地球17億光年的Speca,以及位在同一星系團中,其他60位兄弟姐妹星系,能讓我們更加清楚認識宇宙在較早期的年輕樣貌為何。當我們的宇宙年輕時,星系團裡的星系一定是有著很多用不玩的剩餘材料、相簇相擁、聚集成堆、相互碰撞,上演著新興恆星持續爆發的形成過程,並且也和自外向內落入星系團的原始物質維持著互動進行式。

祝熹說:「Speca最特別之處是它帶來許多證據可以支持這些多樣化的現象,未來我們希望能找到更多和Speca相似的星系,詳細了解當宇宙年齡遠比現在年輕時,一般性的演化過程怎樣進行,以及當時的環境狀況如何。」

位在17億光年以外的Speca星系一開始是如何吸引了祝熹和其他研究團隊成員的目光呢?首先他們參考的是一張SDSS巡天計劃在可見光中所得的影像,該張圖像已和美國國家科學基金會贊助的VLA電波望遠鏡陣列FIRST巡天計畫資料合成。接下來,研究團隊又陸續參考了臺灣鹿林山望遠鏡的可見光觀測所得,以及NASA的GALEX衛星的紫外線資料,經多方資料綜合後,確認該發射出無線電波訊號之電波波瓣,的確來自於一個恆星正在形成的螺旋星系無誤。按天文觀測過去的經驗,通常只在橢圓星系中曾發現此類波瓣的影蹤。

祝熹和他的團隊接下來又借助來自美國NSF的NVSS巡天資料檢視Speca星系的圖像,進一步強化他們的研究,並且又運用了專長於「長波長觀測」的印度GMRT電波望遠鏡(Giant Meterwave Radio Telescope),重新進行新的觀測項目。上述每一組望遠鏡設備都為這道謎底解開帶來相當重要的貢獻。

經過收集電磁頻譜上各種不同波段的數據後,研究人員開始能夠揭開Speca星系複雜、引人入勝的歷史面紗。

從VLA的FIRST巡天計畫中,研究人員看到第一對發射出無線電波訊號的波瓣。而VLA的NVSS圖像則顯示了另一對較遠、與第一對不同的電波波瓣。 第二對電波波瓣在GMRT的觀測中,不僅獲得證實,並且GMRT又在較為靠近該星系的區域中發現另一個較小的電波波瓣,據猜測,那應該是最近一次噴流粒子噴出時剛留下的新證據。

「透過這麼多組數據的回報確認,我們發現Speca的噴流活動很明顯有三個階段。」

故事還未停住,最大的意外驚喜來自於電波波瓣最古老、位置在最外面的那一層所傳來的訊號。雖然最外面的那一層粒子物質所發出的無線電波,早應該已經失去大部分的能量,也不再發出電波訊號,從那裏仍發出多數為低頻性質的訊號,那些低頻訊號向我們揭露了一些不僅對Speca星系有價值的線索,並且甚至對Speca所屬的整個星系團都很有意義的一些環境介紹資訊。

祝熹解釋說:「當星系團持續吸積物質時,快速移動的物質從外面落入其中,造成衝擊波,我們認為這些年老的殘留波瓣,是被衝擊波重新點燃的。」

許許多多精采而得的現象集中在Speca這個星系和其鄰近區域中,種種條件使它成為從事星系演化研究者不可不造訪的一座重要實驗室。

印度國家電波天文物理研究中心,NCRA – TIFR的Sandeep K. Sirothia認為,「隨著TIFR GMRT的低頻巡天觀測計畫持續進行,我們將會在星系團中發現更多過去一度活躍的黑洞所遺留下來的無線電波波瓣和其現象,Speca只是一個開始。」

NCRA – TIFR的Govind Swarup則表示,這一發現對「星系形成模型」具有重大意義,也展現了GMRT在長波高靈敏度觀測的重要性,是一個非常傑出的研究成果。

除了祝熹和Sandeep以外,研究團隊成員還包括中央研究院天文所的:Youichi Ohyama(大山陽一)、Chiranjib Konar(柯永生)和 Satoki Matsushita(松下聰樹);韓國Chungnam National University的Suk Kim和Soo-Chang Rey,NCRA的D.J. Saikia,英國University of Southampton的Judith H. Croston。本篇研究論文將刊載於Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。

頁首圖片說明:17億光年外的螺旋星系Speca因為其罕見的黑洞物質噴射特性引起研究人員的關注。此前諸螺旋星系中,只有著名的M87星系中央的大質量黑洞具有這樣的噴流現象。上圖顯示Speca合成了多種光譜波段的一個圖像:星系在SDSS(史隆數位巡天計劃)拍到的可見光中為黃色;來自美國國家電波天文臺VLA(特大天線陣列)低分辨率無線電波圖像是藍色,印度的GMRT所提供的高分辨率無線電波圖像則為紅色。

圖片來源: Ananda Hota (中譯名: 祝熹)等人, SDSS, NCRA-TIFR, NRAO/AUI/NSF

資料來源:中研院天文網

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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