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欧洲天文台发现旋转有序的年轻星系 或已完成积累过程  

2014-05-06 17:44:02|  分类: 宇宙星空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                        宇宙星系(资料图)

 

   欧洲赫歇尔(Herschel)空间天文台发布了遥远宇宙空间中的两颗年轻星系的“肖像”,使我们有机会深刻探究它们的内部动态。令人有些意外的是,这两颗星系形成于大爆炸后的几十亿年,但它们的旋转规则有序,似乎已经完成了云团积累过程。

   一般来讲,当星系形成的时候,它们会依靠引力吸收大量的外部气体云团来积累质量。气体云团进入星系后,会陷入杂乱无章的轨道。这些无序的路径会在宿主星系引发“湍流(turbulence)”,从而驱动恒星的形成。

  亚利桑那州立大学的两位研究学者詹姆斯?罗兹(James Rhoads)和萨吉塔?马尔霍特拉(Sangeeta Malhotra)在合作研究S0901和克隆(the Clone)这两个年轻星系,并希望借此揭开星系形成的内部条件。这两个星系与地球的距离都超过了100亿光年。所以,它们呈现给我们的形态是它们相对年轻时的样子。罗兹称:“这个项目旨在研究这些星系中气体云团的物理状况。我们希望了解它们是否和我们附近的星系有相似之处,以及它们的物理状态有没有什么不同之处。”

  纵观宇宙历史,本文的这两个星系是比较具有代表性的。就现在的宇宙规模而言,可以算是“中等个头”。这意味着,它们的规模只有银河系的10%-20%,

   研究距离地球这么远的星系通常困难重重,因为它们一般无法发射出足够耀眼的光线来供科学家研究。但在这个项目中,研究人员得到了有“宇宙放大镜”之称的引力透镜的帮助。两个星系都位于星系团之间,这些星系团的引力扭曲了空间。爱因斯坦的广义相对论将这种扭曲现象形象地描述为“透镜”。虽然目标星系的图像被扭曲,但星系的光线却同时被放大,进入了赫歇尔天文仪器的捕获范围。

  研究人员使用远红外外差仪器(Heterodyne Instrument(Heterodyne Instrument for the Far-Infrared ,HIFI) 研究了离子化碳元素发射的158毫米波长(1900GHz频率)红外光谱。这一频谱是环绕在恒星形成区域的星云产生的。HIFI显示,这个频谱被扩大成了一个双峰值,使得气体云团的运动与特定模型实现了吻合。

  研究人员首先研究了星系的旋转,然后是气体云团中的湍流。结果令他们有些意外,S0901星系表现得很好——没有湍流,旋转有序,更像现在的大型星系。

  罗兹提到:“通常来讲,天文学家研究这些诞生于宇宙早期的星系,发现湍流在它们当中所起的作用要远大于在现代星系中。但S0901是个例外,而Clone又是另外一种模式。”

   Clone也以有序的模式旋转。但是,因为发射的光线要暗淡一些,收集到的关于它的数据并不理想。如果按照传统思考方式,这些数据或许更符合湍流模型。

   马尔霍特拉承认他们所进行的研究只是初步的,他谈到:“100亿年前,星系中的星球要比现在更加活跃。它们通常也会出现更多的湍流,或许是因为它们积累气体的过程要快于现代星系。但在这里,Clone兼具了两个特征,即现代星系的‘平静’旋转方式和同类星系的活跃的恒星形成过程。从这当中获得的第一信息是这些星系已经完成了气体积累过程。但也有可能,湍流在驱动恒星形成的过程中不是必须的。但这不是我们的最终结论,我们需要进行更多样本采集。”

  后续取样工作不会由赫歇尔完成。根据测算,液态氦冷却将使HIFI和赫歇尔的其他仪器在2013年4月提前到达工作寿命。研究人员希望使用部署在智利地基66无线电盘阵列——阿塔卡马大型毫米/亚毫米级阵列(ALMA)来完成接下来的工作。

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