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天文學家發現巨大的超級螺旋星系

文/張桂蘭

美國加州理工學院(California Institute of Technology)天文物理學家 Patrick Ogle 等人在宇宙荒野發現一種新型的星系野獸,其規模與亮度睨視宇宙所有的星系,因此 Ogle 等人暱稱其為「超級螺旋星系(super spirals)」。

超級螺旋星系因為外觀與一般典型螺旋星系類似,因此一直沒有被單獨提出討論研究過。天文學家利用 NASA 的 NASA/IPAC 河外星系資料庫(NASA/IPAC Extragalactic Database, NED)進行研究,結果發現這些原本以為是鄰近銀河系的螺旋星系們,其實都是離我們非常遠、非常龐大的螺旋星系。由於已知的超級螺旋星系數量非常稀少,雖然揭發了它們的存在,但它們由何而來仍是個謎。

NED 為線上資料庫,其中包含 1 億多個星系的訊息,乃彙整了星系演化探索者號(Galaxy Evolution Explorer)的紫外觀測、史龍數位巡天計畫(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)的可見光觀測,和2微米全天巡天觀測計畫(Two Micron All-Sky Survey,2MASS)、史匹哲太空望遠鏡(Spitzer)與廣角紅外巡天觀測衛星(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE)的紅外觀測資料。

圖中是其中3個超級螺旋星系,由左至右分別為:2MASX J08542169+0449308、2MASX J16014061+2718161 和 SDSS J094700.08+254045.7。其中 2MASX J08542169+0449308 和 2MASX J16014061+2718161 擁有雙核心,SDSS J094700.08+254045.7 則是最大、最亮的已知超級螺旋星系之一,其螺旋狀的旋臂長達320,000 光年,是銀河系旋臂的 3 倍以上。

Ogle 等人在 NED 資料庫搜尋最亮星系的過程中,原本以為龐大而成熟的橢圓星系(ellipticals)會佔據他們搜尋結果的最大宗,但結果卻讓他們相當意外。在離地球約 35 億光年的範圍內約有 80 萬個星系,其中有 53 個最亮星系有著螺旋外觀,而非原本他們設想的橢圓外觀。Ogle 等人再度檢測這些螺旋星系的距離,結果發現沒有一個是在鄰近宇宙中,最近的一個甚至在 12 億光年外。他們確信這些星系的距離訊息應該無誤,那麼這些螺旋特性就顯得怪異而突出。

超級螺旋星系的亮度比我們的銀河系還亮 8~14 倍,質量則為銀河系的 10 倍左右,滿佈恆星的銀盤直徑是銀河系的 2~4 倍,其中最大的超級螺旋星系的銀盤直徑可達 440,000光年,比我們銀河系的 100,000 光年大了 4.4 倍。超級螺旋星系也會發出大量紫外和紅外輻射,這通常代表著星系內的新恆星誕生率極高,估計是銀河系的 30 倍左右。

根據現行天文物理理論,螺旋星系受限於它們的大小和造星能力,應該無法達到上述這些「功績」。螺旋星系是經由重力捕捉來自星系際空間中的新鮮低溫氣體以成長茁壯,它們的質量會因氣體衝入星系得太快而達到上限,這是因為這些一頭衝入星系的氣體會被加熱,導致無法收縮聚集而形成新恆星,即天文學家所謂的「抑制過程(quenching process)」。然而,超級螺旋星系顯然沒發生這樣的抑制過程,所以才會長成龐然大物。

Ogle等人找出的最亮星系中的 53 個螺旋星系,其中有 4 個或許能給出超級螺旋星系來源的重要線索。這 4 個超級螺旋星系含有 2 個星系核,與典型星系只有一個星系核的狀況不同。雙核心的存在,顯然是兩個星系合併在一起的結果。理論上來說,兩個螺旋星系合併後應該是會形成一個橢圓星系;可是,Ogle 等人推測若螺旋星系合併發生時,牽涉到的是兩個富含氣體的螺旋星系,最後當一切歸於平靜時,這滿當的氣體會安頓至一個新形成的、比原來螺旋星系還大的星系盤,然後很快的就形成了我們現今所見的超級螺旋星系。也因此,超級螺旋星系的發現,顯示了我們對那些質量最大的星系如何形成和演化的觀點,必須要徹底改變才行。

資料來源:http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6149, 2016.03.17, KLC

本文轉載自網路天文館

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