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氣體養得出恆星 – 很久很久以前,恆星誕生是不需要星系相撞的

2011/09/29 | | 標籤:

真會如同我們所想像,古早的宇宙竟較現今宇宙是更加的「溫良恭讓」嗎?赫歇爾紅外太空望遠鏡以它紅外之眼,回溯到宇宙較早時期,看過了當時的情況之後,回報我們說:沒錯,的確如此。雖然它所見的古早和我們在所見的今日,情景大不相同 – 畢竟現在我們所看到的恆星誕生,似乎總離不開星系之間的相互碰撞 — 然而在宇宙早期,星系相撞在觸發恆星形成這件事情上,其實它的戲份一點都不重。既然如此,不靠星系相撞,那從前的恆星究竟都靠什麼成形呢?

答案很簡單,氣體。

星系的氣體藏量越豐富,生出來的恆星數量就越多。

這個發現推翻了一個已經有段相當長歷史的假設,並且告訴我們:星系演化也有其溫文儒雅的一面。

早先天文學家已知的事情是,恆星形成率在大約100億年前的早期宇宙時,達到了它的鼎盛時期。如果以現在的銀河系做個比較,當時,一些星系形成恆星的速度是比現在快了大約十至百倍。

這樣旺盛的恆星誕生速度,在目前的鄰近宇宙極為罕見,並且一向以來,如果以「看起來」來說…似乎恆星誕生應該都非得經過星系碰撞才能引發,也因此,天文學家過去一向認為,宇宙歷史應該一路走來始終如此:恆星要誕生,就非得有星系相撞不可。

但是赫歇爾太空望遠鏡所觀測的結果,卻告訴我們一個截然不同的故事。赫歇爾在南北半球各觀測一個大約有滿月三分之一大的天區,隨著觀測持續進行,赫歇爾已經看盡距離地球遠近不同、總數大約一千個左右的星系,既然遠近不同,就代表著老少皆有,以年紀而論,其觀測對象所涵蓋範圍已達宇宙年齡的80%。

經由分析赫歇爾觀測數據,來自法國Saclay CEA的Elbaz和他的研究團隊發現,雖然有些星系在過去以驚人的速度製造新生恆星,但因星系碰撞而引發恆星驟生的作用其實沒有我們所想像得那麼大。該小組表示,恆星誕生速度其實取決於它們所含的氣體數量,而不在於有無碰撞事件發生,不過,他們的研究結果是如何得到的呢?這是因為天文學家們能以比較的方式找出這些星系在不同波長裡,各釋放出多少數量的紅外光。該小組說,這樣的觀察所得具有獨特性,也是拜赫歇爾太空望遠鏡之賜,因為赫歇爾是個在紅外波段研究範圍最寬廣的觀測利器,它能清晰看見恆星誕生之全盤樣貌。

目前,不僅Elbaz小組的研究成果得到上述結論,先前來自其他觀測團隊的研究也同樣顯示了,在古早古早以前,宇宙裡的恆星生成與碰撞無關,它們是藉由氣體餵養逐漸壯大的。解讀出相同成果的觀測單位還包括:史匹哲太空望遠鏡、甚大望遠鏡(VLA)。Elbaz表示:「只有在氣體不是很多的星系中,才需要藉由星系碰撞來供應氣體、並會在短時間內引發大量恆星形成。」

距離我們比較近、「現在」的這些星系,等於是處在它們已生成過許多恆星後、又經過了100億年的一個階段,當初用來製造恆星的氣態原料如今大部分已經「米缸見底」、所剩無幾,所以便不得不靠碰撞的手段來重新啟動恆星的形成,但在過去,其實星系是靠環繞在它四周的氣體,用緩慢、溫和的「吸引」原則來形成恆星。

本研究是赫歇爾GOODS觀測成果的一部份,(GOODS: Great Observatories Origins Deep Survey / 宇宙深空起源巡天聯合大觀測),GOODS計畫是針對遙遠宇宙和極暗淡天體為對象,結合從太空到地面、跨各種可見光及近紅外線波段的觀測結果,包括Spitzer(史匹哲太空望遠鏡,紅外線波段), Hubble(哈柏太空望遠鏡,可見光波段), Chandra(錢卓太空望遠鏡,X射線波段), Herschel(赫歇爾太空望遠鏡), X射線波段的XMM-Newton太空望遠鏡,及NOAO美國國家光學天文台的地面觀測。

該篇論文內容詳見:GOODS–Herschel: an infrared main sequence for star-forming galaxies’ by D. Elbaz et al.

新聞來源:ESA新聞稿(Lauren 譯)

此圖即是GOODS計畫所觀測的北半球天區(GOODS-North),範圍大小約為滿月的1/3。圖片來源: ESA/GOODS-Herschel consortium/David Elbaz

此圖即是GOODS計畫所觀測的北半球天區(GOODS-North),範圍大小約為滿月的1/3。圖片來源: ESA/GOODS-Herschel consortium/David Elbaz

這是個概念圖:藝術家筆下畫出一個星系如何從一道道迅速、狹窄的冷氣體流匯集吸積成為一個星系的質量。圖中這些細絲狀的物質,以一種還算悠閒的速度,經由不停流動的原材料供應,餵養形成了眾多恆星。ESA–AOES Medialab

這是個概念圖:藝術家筆下畫出一個星系如何從一道道迅速、狹窄的冷氣體流匯集吸積成為一個星系的質量。圖中這些細絲狀的物質,以一種還算悠閒的速度,經由不停流動的原材料供應,餵養形成了眾多恆星。ESA–AOES Medialab

資料來源:中研院天文網

轉載自台北天文館之網路天文網網站

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