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孤獨恆星的寂寞之光

臺北天文館_96
・2012/10/25 ・789字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 516 ・六年級
相關標籤: 銀暈 (6)

一項來自史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)觀測的新研究顯示,遍及全天的神秘紅外光輝,可能是來自星系邊緣的孤立恆星(isolated stars)。這些恆星可能一度屬於星系,但因星系間劇烈的合併事件而被扯出星系外,遠離家鄉,進入空曠無垠的太空中。

美國加州大學(University of California)Asantha Cooray等人表示:天空中背景紅外光(background infrared light)的成因久為天文研究的大謎題之一,現在有新證據證明這些紅外輻射來自徘徊在星系間的孤星們;這些孤星因太暗而無法見到恆星本身,但我們觀察到的背景紅外光卻是這些孤星們所發出的光匯集而成,並非單一一顆星的功勞。

不過,這項發現和另一個同樣以史匹哲觀測到的背景紅外光為基礎的理論不相符。由美國航太總署(NASA)哥達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)Alexander “Sasha” Kashlinsky領導的研究小組於今年6月發表論文指出:史匹哲影像所呈現的斑駁紅外光斑,是遙遠的第一代恆星和星系所造成的。(請參考〈史匹哲發現第一代天體猛烈焚燒所釋出的光〉

在這個新研究報告中,Cooray等人透過所謂的牧夫座星區影像(Bootes field)來進行研究。牧夫座星區影像涵蓋範圍相當於50倍滿月面積,是史匹哲太空望遠鏡針對這個區域累積曝光了約250個小時的結果;雖然其資料靈敏度不如Kashlinsky等人的小組,但因視野涵蓋範圍大得多,讓Cooray等人更能分析出背景紅外光分佈的型態與模式。

在小心地分析牧夫座星區觀測資料後,Cooray等人再利用電腦模擬第一代恆星和星系可能造成的背景紅外光型態,發現與牧夫座星區觀測資料不符。電腦模擬結果顯示:由於第一代星系不若現代星系這麼大、數量這麼多,如果背景紅外光真的是第一代星系造成的話,那麼背景紅外光不可能這麼亮。這些研究學者因而提出另一種理論來取代第一代星系,那就是「星系團間(intracluster)」或「銀暈間(intrahalo)」的星光。

資料來源:NASA’s Spitzer Sees Light of Lonesome Stars. NASA JPL [October 24, 2012]

轉載自 網路天文館

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宇宙中或許有性質與一般可見物質類似的暗物質
臺北天文館_96
・2013/05/27 ・899字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

哈佛大學(Harvard University)物理學家提出假設,認為可能有一種傳統物理模型不曾提及的新型暗物質,其行為模式與一般物質類似,所以或許並非所有暗物質都如現行理論所認為的又冷又幾乎不會互撞。

在可見宇宙中,星系會逐漸形成扁盤狀,例如我們銀河系就是其中一個最佳例子,星系中的所有成員大致排列在單一盤面上,這是因星系重力和自轉所造成的。另一方面,暗物質似乎喜好棲息在星系周圍如銀暈這樣的地方—至少,現行理論是這麼說的。所以,一般認為暗物質又暗、又冷,而且幾乎不含有什麼能量,所以暗物質粒子鮮少能與另一個暗物質粒子發生碰撞。

在新研究中,哈佛的物理學家們推測:應該還有另一種暗物質,可是和傳統認為的暗物質不同,而是其行為模式比較像一般可見物質;而且正因如此,它們會因暗物質特有的重力特性而聚在一起,然後也如星系一般最後會形成扁盤狀結構。這些物理學家稱之為雙盤暗物質(double-disk dark matter,DDDM)的暗物質,大約佔了總暗物質的5%左右。

為了讓這些暗物質聚集在一起,這些暗物質勢必得有和可見物質類似的某些性質。為此,這些物理學家推測:宇宙中可能存在所謂的暗原子(dark atom)、暗光子(dark photon),也可能具有某種型式的暗電磁力(dark electromagnetic force)。

科學家在暗物質議題上已經投入數十年的努力,建構一個暗物質能以球形存在的模型,其中星系位在這個球形的中間,所以處在星系中的觀測者無論朝向什麼方向都能「看到」暗物質存在。但是哈佛團隊認為暗物質也可能以別種形狀存於宇宙,就像可見物質組成的宇宙各種構造一樣。

可見宇宙中的物質幾乎都是重子(baryon),也就是由強作用費米子組成的物質;然而現行理論認為這些重子物質僅佔了宇宙所有物質的5%而已。因此,哈佛團隊建議:新型暗物質所佔的比例,可能與可見物質差不多。

如果哈佛團隊所提為真,那麼就應該存有全部都由暗物質組成的星系,只是因現今技術的關係而偵測不到。目前有更多的研究投入這個議題中,未來這種新型暗物質可能會被納入各類模型中;只是在此之前,新型暗物質都還只是個概念性的理論而已。

資料來源:Physicists suggest possible existence of other kinds of dark matter[2013.05.24]

轉載自網路天文館

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雙子望遠鏡捕捉到罕見的極環星系
臺北天文館_96
・2012/10/24 ・1943字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

上圖是雙子天文臺(Gemini Observatory)捕捉到的NGC 660星系影像,這是個相當特殊的極環星系(polar-ring galaxy),擁有繞極的環狀星流,是曾經歷兩星系交互作用的結果。

極環星系是很特殊的天體,迄今已知的極環星系數量很少,相當罕見,因此對於它們的起源所知不多。絕大部分極環星系的中間是早型螺旋星系系統(early-type spiral system),即所謂的透鏡星系(lenticular galaxy)。NGC 660位在雙魚座方向,距離約4000萬光年,和其他極環星系不同的是,NGC 660中間部分是目前唯一已知的晚型透鏡星系(late-type lenticular galaxy)。不過,所有的極環星系都有一個共同特徵,就是擁有一圈由恆星、塵埃和氣體組成、和星系盤面垂直的繞極環狀構造,可綿延長達數萬光年。

按照電腦模擬結果,極環星系可能是由兩個星系碰撞合併而形成,與其他星系碰撞事件稍不同的是,這兩個螺旋星系的盤面是以幾乎直角的角度相互碰撞的,碰撞之後,富含氣體螺旋星系中的物質受到主星系的重力(潮汐作用)而被剝離,逐漸形成一個環狀結構。在此劇烈碰撞事件中,可能引發大量恆星誕生,使得這個長達40,000光年的極環滿佈明亮而色彩斑斕的新生恆星、星團或星雲。

在狂暴事件中誕生

美國亞利桑納大學(University of Arizona)的Brian Svoboda近期正在研究NGC 660的化學組成和環境溫度,他相信這個獨特的型態是這個星系之前曾與一個富含氣體的星系有交互作用的結果。NGC 660的極環中所含的氣體量比主星系還多。不過NGC 660極環的幾何形狀,確切的說,並不是真的繞極,而是與主星系盤面傾斜45度角;以電腦模擬星系碰撞,無法模擬出這種低角度的極環,然而若是採用潮汐加速模式(tidal accretion scenario),則可呈現這種低角度極環。

NGC 660的極環中已經衍生出數百個天體,其中有相當多的是藍巨星和紅巨星。其中最年輕的恆星大約僅有700萬歲左右,顯示極環中的造星運動已經持續好一陣子,而且仍未衰竭。除了顯眼的極環之外,NGC 660上還有與明亮背景成鮮明對比的暗色塵埃線(dust lane)橫越星系盤面。整個星系畫面簡單,卻美麗!

掂掂證據的份量

如果真的是兩個星系合併的結果,那麼就應該會有向內收縮的核心和大量恆星形成的現象。而天文學家的確有看到這兩個現象。但讓天文學家感到最驚奇的一點,卻是NGC 660的極環和主星系部分,都含有極豐富的氣體。如果只是單純的重力累積,則極環中的氣體與富含氣體的主星系就不會有強烈的交互作用;然而,如果是有重力交互作用,那麼就會導致氣體向中心區域流動,引發如我們現在所見的大量恆星誕生現象。

更進一步的證據,是NGC 660缺乏雙核心,也就是兩個原螺旋星系中心的超大質量黑洞;通常在星系合併事件中,如果星系還沒有完全合而為一,那麼應該會有雙核心。

天文學家並沒有偵測到NGC 660有向外延伸的潮汐尾(tidal tail),這是許多星系有潮汐交互作用的關鍵特徵之一。通常一個星系近距離掠過另一個星系時,彼此間的重力交互作用(稱為「潮汐作用」)會將星系內的恆星、氣體和塵埃拖曳而出,在星系後方形成一道燦爛的尾巴。但前述兩種極環星系的模型,都會產生沒有潮汐、但新恆星誕生活躍的極環。

Svoboda等人估計這場碰撞事件造成的極環大約10億歲左右,因此扯出極環的另一個星系已經跑遠了。

浴火重生的鳳凰?

在眼睛看不到的電波波段,科學家偵測到在NGC 660的核心有個直徑小於32光年的緻密電波源。這些天文學家相信,應該是在核心附近的緻密塵埃氣體雲中有數千顆恆星所組成的超級星團( super cluster),這些藍色恆星年輕且熾熱,因而能輻射出大量無線電波。

星系的核心區通常是由紅色的老恆星擁有主導權,但可能是某次NGC 660曾經歷的星系碰撞事件,在這個星系的核心區激發了大量恆星誕生;有可能是因為兩星系之間的重力交互作用製造一波波的震波衝入巨大氣體雲時導致雲氣收縮而形成大量恆星,其中許多恆星的質量可能超過100倍太陽質量。這些恆星怪獸們壽命都不長,並在生命終點發生超新星爆炸,爆炸過程又產生更多震波,導致下一波新恆星誕生。如此惡性循環之下,NGC 660核心便匯聚了大量新生的熾熱恆星,讓它不僅是個極環星系,也是個所謂的星遽增星系(starburst galaxy)。這些歷程,讓NGC 660的核心區成為迄今已知最密集、最劇烈的恆星誕生環境。

偵測暗物質

極環星系的極環的自轉速度與主星系相當。藉由測定離星系核心不同距離的極環自轉速度,這些天文學家可以探找星系銀暈中的神秘暗物質。電波觀測顯示雖然極環靠星系核心一側的自轉速度是正常的,但遠離核心的外側部分一直到缺乏氣體的區域,自轉速度卻仍保持相同;然而理論上,離核心愈遠,自轉速度應會明顯降低。因此自轉速度均一的現象,顯示NGC 660星系的銀暈中含有大量暗物質。

天文學家相信暗物質會影響整個星系的動力學,但要瞭解暗物質卻是天文學界最大的挑戰之一。因此,這些天文學家們希望未來能藉由研究NGC 660的奇特環境來進一步探索暗物質的真相。

資料來源:Poetry in Motion: Rare Polar-Ring Galaxy Captured in New Image. Gemini Observatory [October 18, 2012]

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銀暈:包圍銀河系的龐大熾熱氣體
臺北天文館_96
・2012/10/03 ・1175字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

在最新研究中,天文學家利用美國的錢卓(Chandra X-ray Observatory)、歐洲的XMM-Newton和日本的朱雀號(Suzaku)等X射線觀測衛星的觀測資料,發現銀河系周圍氣體暈可從銀河系中心 向外延伸達數十萬光年遠,且氣體暈的總質量相當於銀河系所有恆星加起來的的總質量。如果能確認這個氣體暈的大小和質量,或許可以解決懸宕已久的銀河系「消失的重子(missing-baryon)」問題。

上圖是藝術家筆下想像的銀河系被為數龐大的熾熱氣體包圍成暈的景象,並在銀河系左下角繪製銀河系最大的兩個衛星星系—大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud,LMC)和小麥哲倫星系(Small Magellanic Cloud,SMC)的相對位置。這張圖中繪製的龐大氣體暈的半徑高達300,000光年,不過它很可能延伸的更遠。

所謂的重子,是包含質子和中子在內的一種粒子總稱,宇宙中已知的各類原子質量有99.9%是由重子所組成。測量距離非常遙遠的星系及氣體暈的結果顯 示,當宇宙僅有數十億歲的時候,重子的質量和密度只有那些看不見的暗物質的1/6而已。在約100億年之後的現在,科學家對銀河系和鄰近星系中的恆星和氣體所做的重子統計顯示,至少有半數的重子下落不明。

Anjali Gupta等天文學家利用錢卓等X射線觀測衛星,測量銀暈的溫度、涵蓋範圍和質量等。其中,錢卓觀測到8個離銀河系數億光年遠的明亮X射線源,且觀測資料 還顯示這些遙遠X射線源所發出的X射線,有部分被鄰近銀河系區域內的氧離子吸收掉了。這些天文學家估計這個會吸收X射線的銀暈的溫度約在絕對溫度100 萬~250萬度之間,比太陽表面溫度還熱數百倍以上。

之前有其他研究結果顯示銀河系和其他星系被溫度介在絕對溫度10萬~100萬度之間的溫暖氣體(warm gas)包圍;也有研究顯示包圍銀河系和其他星系的氣體暈中也含有溫度超過100萬度、溫度比溫暖氣體高一些的熾熱氣體(hot gas)。而Gupta等人的最新研究提供證據,證明包圍銀河系的熾熱氣體暈的質量比溫暖氣體暈大許多。

Gupta表示:「我們已經知道銀河系周圍有氣體暈環繞,我們也知道這些氣體溫度有多高。但最大的問題是:這個氣體暈的範圍到底有多大?總質量到底有 多少?」從錢卓、XMM-newton和朱雀號觀測到氣體暈輻射出的X射線資料,Gupta等人估計氣體暈總質量很可能高達100億倍太陽質量以上,甚至 可能高達600億倍太陽質量。此外,由觀測資料估計所得的氣體暈範圍,可能從銀河系向外延伸達數億光年遠,或者甚至延伸進四周的本星系群星系周圍;無論是 前述哪一種涵蓋範圍,都顯示氣體暈的總質量非常龐大。估計氣體暈的關鍵因素包括氧相對於氫的含量,而氫是氣體暈的主要組成成分。

雖然Gupta等人的研究仍具有不確定性,但已是迄今有關銀河系消失重子其實藏在百萬度氣體暈中的最佳證據了。不過,這個氣體暈的密度非常低,所以如果其他星系周圍也有類似的氣體暈,很可能會因為密度過低而偵測不到。

資料來源:NASA’s Chandra Shows Milky Way is Surrounded by Halo of Hot Gas. NASA [September 24, 2012]

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