哈伯望遠鏡發現一對正在衝向銀河系的矮星系

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

• 文／蕭予揚 清大天文所碩士生，將於約翰・霍普金斯大學攻讀天文博士、
  　　林彥興 清大天文所碩士生，EASY 天文地科團隊總編

若問當前軌道上最強的可見光太空望遠鏡是誰，那當然非哈伯太空望遠鏡莫屬。身處太空的它有著直徑 2.4 公尺的主鏡，可以在不受大氣層干擾的情況下，清晰地拍攝遙遠且黯淡的天體。然而，哈伯望遠鏡並非全能，雖然它在解析度（angular resolution）和靈敏度（sensitivity）上都無人能及，但也有不擅長的領域 ── 它的視野相當小。

即使是哈伯裝備的所有相機中視野最大的「先進巡天相機（ACS）」，其視野也只有 202 角秒 x 202 角秒而已，相當於滿月的 1.5%，或是一個十元硬幣在約 25 公尺外的大小。可以想見，想要用這麼小的視野拍攝廣大的區域，是相當緩慢而沒有效率的事。

直到最近幾年，天文學家發明了稱作「Drift And SHift (DASH)」的新型觀測模式，可以在不改變哈伯硬體設備的前提下，大大增加哈伯在近紅外線波段的拍攝效率。利用這項技術，來自多倫多大學的團隊展開名為 3D-DASH 的大型紅外線巡天計畫，其拍攝的天空範圍，是前一個紀錄保持人「CANDELS」的七倍之多。

不斷選擇「引導星」的傳統觀測模式

想了解為什麼 DASH 技術可以大大提升哈伯的觀測效率，就要先從哈伯原本是怎麼觀測的開始談起。

不知道大家有沒有在黑夜中拍照的經驗呢？在低亮度的環境中，相機總需要比較長的時間進行曝光，才能拍出清楚的照片。而如果你在曝光的過程中不小心移動了相機，那拍出來的照片就會糊成一團。同理，由於天文學家想要拍攝的目標，大多是極其遙遠且黯淡的天體，所以天文觀測時單張照片的曝光時間，往往動輒數百秒以上。因此，專業天文望遠鏡常會配備「導星（Guiding）」系統，以確保望遠鏡能在數百秒的時間內，都精準的指向同一個位置。

導星的原理很簡單，就是在望遠鏡和相機觀測的同時，同時用另一套相機監測視野中星星的位置。一旦發現畫面中恆星的位置有任何小小的移動，導星系統就會命令望遠鏡調整指向（pointing），即時把誤差修正回來。在哈伯望遠鏡上，這個負責導星的相機叫作「精細導星感測器（FGS）」。而這個用來幫望遠鏡「導航」的星星，就被稱為「引導星（guide star）」。

一般來說，在哈伯望遠鏡每指向一個新的目標，都需要先花費一段約十分鐘的時間選擇引導星，然後才能進行科學拍攝。然而，由於哈伯的軌道週期僅有 97 分鐘左右，因此在一次軌道中，哈伯基本上只能拍攝一或兩個固定的天區，不然就會有大量的觀測時間被浪費在尋找引導星的過程中。如此一來，天文學家若想透過哈伯來拍攝 800 個不同指向，就需要花費 800 次的軌道繞行時間才能結束這項任務。

花費很多時間有什麼問題呢？哈伯望遠鏡的觀測，是由美國「太空望遠鏡科學研究所（STScI）」向全世界天文學家公開徵求觀測企劃之後，再從中挑選出最具科學效益的企劃後實施。一個耗時 800 個軌道週期的觀測，很難在競爭激烈的觀測計劃書中脫穎而出。

但如果，天文學家真的很需要用哈伯進行大面積的巡天，該怎麼辦呢？

提升效率的新方法

如前述，一般來說哈伯每指向一個新目標，都需要花費十分鐘來進行捕捉引導星。但換個角度想，如果把導星功能關掉，不就可以省下這些時間了嗎？

還真是沒錯，哈伯的設計的確是可以關掉導星系統，利用其中的陀螺儀來進行控制。但陀螺儀的能提供的穩定性終究不如導星系統，一旦曝光時間過長，望遠鏡的微小移動還是會造成最後曝光出來的星星像塗抹花生醬一樣糊成一片，這樣的影像是很難用於科學分析的。

開導星耗時間，不開導星又沒辦法長曝，該怎麼辦呢？

這時就輪到「Drift And SHift（DASH）」技術出場了！DASH 的核心概念很簡單：

• 為了省時，我們就關掉導星。
• 關導星不能長曝，那我們就拍很多短曝光時間的照片，降低每張照片的模糊程度，再把它們對齊之後疊起來。

以 3D-DASH 計劃來說，關掉導星會讓哈伯的指向以每秒 0.001 至 0.002 角秒的速度緩緩飄移。因此天文學家將每張照片的曝光時間壓縮到 25 秒以下，讓星點在畫面中的移動不超過一個像素（WFC-3 的像素大小為 0.129 角秒）。利用這樣的技術，天文學家就能在哈伯的一次軌道週期中，拍攝八個不同的指向，把觀測效率提升了八倍！

拍這些照片有什麼用？3D-DASH 的科學意義

3D-DASH 計畫的觀測資料最近已於網路上公開，不過這龐大的資料量，觀測團隊以及其他科學家們還需要更多時間進行分析。不過，在公布這個計劃的論文中，團隊已經提出了一些值得分析的科學問題。

舉例來說，天文學家認為如今多數的橢圓星系（elliptical galaxy）們，都是由較小的星系合併而來。因此尋找合併中的星系，並測量它們的各項物理性質，是研究星系演化歷史的重要方法。但很多時候，地面望遠鏡可以大略看到一個光點可能是兩或多個相鄰的天體組成，卻沒有足夠的解析度可以研究它們的細節。但有了 3D-DASH 的資料，天文學家就可以清楚的看到星系們合併的細節，並研究其中細微的結構以及測量更多複雜的物理量。

不過這種大範圍的巡天計畫也不是完美的。為了拍攝廣大的天區，每個天區分配到的平均觀測時間就會比較少，因此比起 CANDELS 等前輩們，3D-DASH 只能看到相對亮的星系們。雖然如此，3D-DASH 這種相對廣而淺的觀測，不僅可以提供更大量的星系樣本，幫助天文學家使用強大的統計方法進行分析；也可以讓天文學家先大概了解這片天區裡有些什麼，如果發現了有趣的目標，就可以使用哈伯或韋伯等其它強大的望遠鏡們進行更深入的觀測！

參考資料

• 3D-DASH — Lamiya Mowla
• [2206.01156] 3D-DASH: The Widest Near-Infrared Hubble Space Telescope Survey
• Hubble Space Telescope captures largest near-infrared image to find universe’s rarest galaxies — ScienceDaily

延伸閱讀

• 未來的高解析度近紅外線巡天計畫
  • 丈量宇宙幾何：歐幾里德太空望遠鏡- 科學月刊Science Monthly
  • 百倍於哈伯觀測能力，大小尺度通通包辦！——NASA 的下一個旗艦級「羅曼太空望遠鏡」 – PanSci 泛科學
• 哈伯太空望遠鏡
  • 讓人們窺見宇宙天體的真面目 ——哈伯太空望遠鏡- PanSci 泛科學
  • 出事了哈伯！細數哈伯太空望遠鏡31 年來的維修升級史

美國太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）天文學家 Erik Tollerud 等人利用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）觀測資料，發現有一對矮星系（dwarf galaxies）正從太空中的「荒漠區」往鄰近的「都會區」移動中。

這些天文學家估計，它們大約沉寂數十億年之後，星系內的恆星誕生速度將會暴增，從而加入星遽增星系（starburst galaxies）的行列。我們現在所見到的這對星系的狀況，或許是宇宙早期普遍存在的景象，所以或許能透過它們，進一步取得星系形成與演化的線索。

誕生在荒漠的兩星系，怎麼進入都會區？

這對晚熟的矮星系分別為雙魚座 A 星系與 B 星系（Pisces A and B），從它們誕生迄今，生命中的絕大部分時間都待在本地空洞結構（Local Void）裡，這是一個直徑約 1.5 億光年的大尺度結構，如其名般，空洞內僅有少數星系分佈其中。但是後來受到星系密集區的重力牽扯，這對孤單的星系對終於進入一個星系際氣體充盈的擁擠區域；在衝入這些豐富氣體的過程中，不斷有氣體落入雙魚 A 和 B 星系內，使得它們的恆星誕生速率開始加快。

不過這些天文學家有另一個猜測是這對星系可能遭逢一個氣體絲狀結構（gaseous filament），會壓縮星系內的氣體，讓星系內的恆星誕生情形加劇。考量這對星系的位置後，Tollerud 等人認為雙魚 A 與 B 星系應該是位在一個鄰近的濃密氣體纖維狀結構的邊緣，而目前這對星系各自含有約 1000 萬顆恆星。

這兩個矮星系似乎不太一樣

現行理論認為在數十億年前的宇宙早期，矮星系是大型星系的建造基石。由於雙魚 A 和 B 星系大多時間是處於空曠的太空荒漠區，讓它們恰好避開宇宙中破壞力最強的一段時期。

Tollerud 表示：因為處在本地空洞結構內的關係，減緩了這對星系演化速度；之所以認為這對星系之前是位在空洞中，乃是因為它們的氫含量比類似的星系還高一些。在宇宙較早時期的星系，會含有較高的氫濃度；但是相較於同齡且化學組成豐富的，這些矮星系因為恆星形成活動不踴躍之故，使其似乎保留了更多的原始化學組成。此外，與鄰近宇宙中其他有恆星形成正常進行的典型星系相較之下，這些矮星系的結構也比較緊實一些。

科學家怎麼發現它們？哈伯望遠鏡是關鍵

與典型星系比較，矮星系小而暗，所以並不容易發現這些矮星系。Tollerud 等人是透過一個利用電波望遠鏡測量我們銀河系中的氫含量的特別巡天計畫發現雙魚座 A 與 B 這對矮星系。這項巡天計畫捕捉到數千個小而緻密的氫氣雲球，絕大部分雲球位在我們銀河系內，另外辨識出有 30～50 個可能是銀河系以外的其他星系。這些天文學家利用位在美國亞利桑納的 WIYN 望遠鏡以可見光波段研究其中最可能是星系的 15 個雲球。根據觀測結果 Tollerud 等人再選出 2 個最可能是鄰近星系的雲球，另外透過哈伯太空望遠鏡的先進巡天相機（Advanced Camera for Surveys）來進一步研究這 2 個天體，最後終於確定它們兩個，即雙魚座 A 與 B 都是矮星系。

哈伯太空望遠鏡的敏銳解析力，可以將鄰近但昏暗的矮星系中個別恆星解析出來，這些天文學家可據估計這些矮星系的距離。距離是決定星系亮度的重要參數，而這個哈伯觀測還有一項工作就是要估算這些星系離最近的空洞結構有多遠。最後得出：雙魚 A 星系距離約 1900 萬光年，雙魚 B 星系約 3000 萬光年。

追溯兩星系的恆星形成史

分析矮星系內個別恆星的顏色後，天文學家能追溯這兩個星系內的恆星形成歷史。這兩個星系各含有約 20～30 顆明亮的藍色恆星，這代表它們非常年輕，少於 1 億歲。Tollerud 等人由此判斷：在距今不到 1 億年之前，這些星系內的恆星形成率增加了一倍。但當這些星系最終成為某個大型星系的衛星星系之後，那麼它們的恆星形成率又再度減緩，這是因為沒有新的氣體補充造星所需原料，當原本的存料用罄之後，便將完全停止製造新恆星。不過目前並不清楚這個停止造星的階段何時會發生，所以合理的猜測是恆星形成率至少還會上漲一陣子。

Tollerud 等人希望能再經由哈伯觀測到類似的矮星系。他們也計畫從帕洛瑪巡天望遠鏡及泛星快速回應系統巡天計畫（Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (Pan-STARRS) survey）觀測資料中篩選可能的矮星系。未來也將利用廣角巡天望遠鏡，如智利的 LSST（Large Synoptic Survey Telescope）或中國大陸的 500 米電波望遠鏡等，能發現更多這類矮小的星系鄰居，如此一來，才能進一步瞭解這些矮星系們的性質與在星系演化、宇宙演化中所扮演的角色。

資料來源：

• Hubble Uncovers a Galaxy Pair Coming in from the Wilderness, Hubblesite, 2016.08.11, KLC

本文轉載自臺北天文館之網路天文館網站。

• 林彥興｜EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生，努力在陰溝中仰望繁星

2022 年 1 月底，兩位天文學家在頂尖科學期刊《自然》發表的論文中，宣布他們發現矮星系「Henize 2-10」中的超大質量黑洞，觸發了一批新恆星的誕生。可是，我們印象中的黑洞不是會以極強的重力撕碎、吞噬周遭一切的嗎？怎麼這樣毀滅性的天體，居然還能誕生新的恆星？今天就讓我們來一探究竟！

黑洞：宇宙燈塔核心

多數人對黑洞的印象，大概是一個擁有強大重力、會撕碎與吞噬一切的純黑球體。由於連光也無法逃離它的魔爪，因此黑洞總是隱身在宇宙黑暗的背景中難以觀測。

這樣的圖象雖然大致正確，卻不是事情的全貌。黑洞確實會以它強大的重力吃進物質，天文學家也確實相信茫茫星海中，有許多難以觀測的黑洞漫步其中。但是被黑洞重力捕獲的物質，往往不會直直地朝黑洞落去，而是會在黑洞週遭形成一個旋轉的盤狀構造，稱為「吸積盤 Accretion Disk」。

在吸積盤上，物質之間不斷的碰撞、摩擦、緩緩向黑洞靠近，在過程中將重力位能轉化為動能、熱能、磁能等各式各樣的能量形式，並釋放出橫跨伽瑪射線到無線電波的電磁輻射。在許多系統中，還可以觀測到物質快速的從黑洞附近噴出，通常速度較慢（約每秒數百至數千公里）者通常稱為「外流 Outflow」，速度較快（接近光速）者則稱為「噴流 Jet」。

黑洞產生的輻射、噴流與外流，不僅讓我們能夠用各式各樣的觀測手段去尋找和研究黑洞，它們同時也會對黑洞所在的環境產生影響。

尤其當身處星系中心、質量是太陽數百萬倍以上的「超大質量黑洞 SMBH」們在大快朵頤週遭的氣體時，能夠以太陽數百萬倍、甚至數千億倍以上的功率釋放能量，成為宇宙中最明亮的天體。

如此龐大的能量，足以影響整個星系乃至於星系團的演化。它可能促進星系中恆星的形成，為星系帶來新生；或者是抑制星系中恆星的形成，讓星系變得死氣沉沉。另一方面，星系中恆星的形成、超新星爆炸等其他現象，也會決定有多少氣體能夠流到位於星系中心的黑洞上，從而影響黑洞的成長。

超大質量黑洞與星系之間互相影響、共同演化的機制，統稱為「活躍星系核回饋 AGN Feedback」，是當代天文物理非常重要的研究領域。

過去 20 多年的無數理論與觀測成果，讓天文學家相信活躍星系核回饋確實對星系的演化有重要的影響。但是具體是怎麼影響？影響多大？目前仍沒有明確的結論，甚至連直接的觀測證據都十分稀少。因此，天文學家迫切的想要找到更多活躍星系核回饋的直接證據，了解黑洞究竟是怎麼與星系一同成長。

瞄準目標：矮星系 Henize 2-10

在這個研究中，天文學家鎖定位在羅盤座（Pyxis）、距離地球約 3400 萬光年的矮星系「Henize 2-10」。過去其他天文學家以無線電與 X 射線觀測的結果顯示，這個星系中心可能有一個正在進食的超大質量黑洞，因此是尋找活躍星系核回饋證據的絕佳場所。

為了得到高解析度的影像，天文學家使用哈伯太空望遠鏡仔細的研究星系中心的影像與光譜，發現在星系的中心有一道長約 500 光年、由游離氣體組成的纖維狀結構，源自星系中心的超大質量黑洞噴出的外流。而黑洞東方（圖中的左手邊）約 230 光年外，有一片正在形成許多新恆星的區域（稱為恆星形成區），與外流相連。

天文學家仔細分析星系的光譜後，認為黑洞的外流正是催生這片恆星形成區的幕後推手。因為外流推擠、壓縮了星系中的氣體，增加了氣體的密度，才進一步激發了這批新恆星的形成。對研究黑洞與活躍星系核的天文學家來說，這無疑是一次振奮人心的發現！

結語：萬里長征的一小步

黑洞不只是能夠吞噬一切的引力怪獸。它在囫圇吞棗的過程中，其實可以釋放出巨大的能量。尤其是位於星系中心的超大質量黑洞們，它們產出的能量之龐大，甚至能夠影響整個星系的演化，稱為活躍星系核回饋。但是怎麼影響？影響多大？天文學家們仍在積極的研究。

這次在 Henize 2-10 星系中觀測到的黑洞外流與其激發的恆星形成，是活躍星系核回饋相當重要的直接證據。未來，天文學家將繼續在更多的星系中，尋找黑洞與星系互動的蛛絲馬跡，直到揭開活躍星系核回饋的神秘面紗。

參考資料

• Black-hole-triggered star formation in the dwarf galaxy Henize 2-10 – NASA/ADS
• Dr. Becky: A supermassive black hole FORMING new stars! | Positive and negative black hole feedback
• Reviewing Fantastic Beasts: AGN Feedback in Galaxies and Clusters | astrobites
• Observational Evidence of Active Galactic Nuclei Feedback – NASA/ADS
• Hubble finds a black hole igniting star formation in a dwarf galaxy
• 出事了哈伯！細數哈伯太空望遠鏡31 年來的維修升級史

美國太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）天文學家 Erik Tollerud 等人利用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）觀測資料，發現有一對矮星系（dwarf galaxies）正從太空中的「荒漠區」往鄰近的「都會區」移動中。

這些天文學家估計，它們大約沉寂數十億年之後，星系內的恆星誕生速度將會暴增，從而加入星遽增星系（starburst galaxies）的行列。我們現在所見到的這對星系的狀況，或許是宇宙早期普遍存在的景象，所以或許能透過它們，進一步取得星系形成與演化的線索。

誕生在荒漠的兩星系，怎麼進入都會區？

這對晚熟的矮星系分別為雙魚座 A 星系與 B 星系（Pisces A and B），從它們誕生迄今，生命中的絕大部分時間都待在本地空洞結構（Local Void）裡，這是一個直徑約 1.5 億光年的大尺度結構，如其名般，空洞內僅有少數星系分佈其中。但是後來受到星系密集區的重力牽扯，這對孤單的星系對終於進入一個星系際氣體充盈的擁擠區域；在衝入這些豐富氣體的過程中，不斷有氣體落入雙魚 A 和 B 星系內，使得它們的恆星誕生速率開始加快。

不過這些天文學家有另一個猜測是這對星系可能遭逢一個氣體絲狀結構（gaseous filament），會壓縮星系內的氣體，讓星系內的恆星誕生情形加劇。考量這對星系的位置後，Tollerud 等人認為雙魚 A 與 B 星系應該是位在一個鄰近的濃密氣體纖維狀結構的邊緣，而目前這對星系各自含有約 1000 萬顆恆星。

這兩個矮星系似乎不太一樣

現行理論認為在數十億年前的宇宙早期，矮星系是大型星系的建造基石。由於雙魚 A 和 B 星系大多時間是處於空曠的太空荒漠區，讓它們恰好避開宇宙中破壞力最強的一段時期。

Tollerud 表示：因為處在本地空洞結構內的關係，減緩了這對星系演化速度；之所以認為這對星系之前是位在空洞中，乃是因為它們的氫含量比類似的星系還高一些。在宇宙較早時期的星系，會含有較高的氫濃度；但是相較於同齡且化學組成豐富的，這些矮星系因為恆星形成活動不踴躍之故，使其似乎保留了更多的原始化學組成。此外，與鄰近宇宙中其他有恆星形成正常進行的典型星系相較之下，這些矮星系的結構也比較緊實一些。

科學家怎麼發現它們？哈伯望遠鏡是關鍵

與典型星系比較，矮星系小而暗，所以並不容易發現這些矮星系。Tollerud 等人是透過一個利用電波望遠鏡測量我們銀河系中的氫含量的特別巡天計畫發現雙魚座 A 與 B 這對矮星系。這項巡天計畫捕捉到數千個小而緻密的氫氣雲球，絕大部分雲球位在我們銀河系內，另外辨識出有 30～50 個可能是銀河系以外的其他星系。這些天文學家利用位在美國亞利桑納的 WIYN 望遠鏡以可見光波段研究其中最可能是星系的 15 個雲球。根據觀測結果 Tollerud 等人再選出 2 個最可能是鄰近星系的雲球，另外透過哈伯太空望遠鏡的先進巡天相機（Advanced Camera for Surveys）來進一步研究這 2 個天體，最後終於確定它們兩個，即雙魚座 A 與 B 都是矮星系。

哈伯太空望遠鏡的敏銳解析力，可以將鄰近但昏暗的矮星系中個別恆星解析出來，這些天文學家可據估計這些矮星系的距離。距離是決定星系亮度的重要參數，而這個哈伯觀測還有一項工作就是要估算這些星系離最近的空洞結構有多遠。最後得出：雙魚 A 星系距離約 1900 萬光年，雙魚 B 星系約 3000 萬光年。

追溯兩星系的恆星形成史

分析矮星系內個別恆星的顏色後，天文學家能追溯這兩個星系內的恆星形成歷史。這兩個星系各含有約 20～30 顆明亮的藍色恆星，這代表它們非常年輕，少於 1 億歲。Tollerud 等人由此判斷：在距今不到 1 億年之前，這些星系內的恆星形成率增加了一倍。但當這些星系最終成為某個大型星系的衛星星系之後，那麼它們的恆星形成率又再度減緩，這是因為沒有新的氣體補充造星所需原料，當原本的存料用罄之後，便將完全停止製造新恆星。不過目前並不清楚這個停止造星的階段何時會發生，所以合理的猜測是恆星形成率至少還會上漲一陣子。

Tollerud 等人希望能再經由哈伯觀測到類似的矮星系。他們也計畫從帕洛瑪巡天望遠鏡及泛星快速回應系統巡天計畫（Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (Pan-STARRS) survey）觀測資料中篩選可能的矮星系。未來也將利用廣角巡天望遠鏡，如智利的 LSST（Large Synoptic Survey Telescope）或中國大陸的 500 米電波望遠鏡等，能發現更多這類矮小的星系鄰居，如此一來，才能進一步瞭解這些矮星系們的性質與在星系演化、宇宙演化中所扮演的角色。

資料來源：

• Hubble Uncovers a Galaxy Pair Coming in from the Wilderness, Hubblesite, 2016.08.11, KLC

本文轉載自臺北天文館之網路天文館網站。