為什麼有些星系會停止產生新恆星？

像我們銀河系這樣的星系是利用引力從氫氣分子中形成新恆星的工廠。堪薩斯大學物理學和天文學教授格里高利·魯德尼克說：銀河系正以每年大約相當於太陽質量的平均速度將氣體變成恆星。星系中充滿了氣體，不斷從星系外獲得新的氣體。這些氣體在重力作用下進入星系，形成恆星，一些氣體被吹回星系。但是一些星系已經停止了恆星形成的過程，天文學家們也很難解釋原因。天文學家看到了很多不形成恆星的星系，無論出於什麼原因，星系內沒有多少氣體，因此無法產生新的恆星。最大的問題是為什麼？為什麼有些星系會關閉？

博科園-科學科普：當它們關閉的時候，它們就剩下了已經擁有的恆星，但是不會產生新的恆星。解開這個謎題的一個關鍵可能是一個奇怪新星系，它距離地球約60億光年，正在猛烈地釋放自己的氣體。現在，魯德尼克在國家科學基金會的一項新資助下，與來自美國各地的科學家合作，研究這些星系，作為一種手段，以找出為什麼有些星系不再具有形成新恆星所必需的氣體。

這個過程的一部分是質疑最近關於恆星形成停止的傳統觀點。人們想出阻止星系中恆星形成的方法之一就是通過一個活躍的星系核爆炸地移除氣體。每個星系，包括我們的星系，都有一個超大質量黑洞在中心。當氣體落入黑洞時，就在它撞擊黑洞之前，它會變得非常熱，它釋放出的能量會把星系中剩下的氣體吹走。人們喜歡這個想法，因為這是一種能量充足的機制，能夠將所有氣體從星系中排除。

然而，2007年一組天文學家發現了一組「自猝滅」星系，它們通過其他機制阻止了恆星的形成。這個研究團隊領導了對這些物體的多年研究。研究發現這種星系的氣體以每秒數千公里的速度噴射出來，比噴氣式飛機快3500倍，但絕對沒有證據表明有任何氣體落入黑洞。所以，現在的問題是，是否需要這個黑洞過程，或者是否有其他方法來實現它。

哈勃太空望遠鏡拍攝到60億光年外星系自猝滅的彩色圖像，中心的亮點是緊湊的區域，邊緣的一些模糊告訴研究人員這是一個合併殘餘。圖片：KU

你意識到，等一下，宇宙並沒有那麼簡單。這可能會告訴我們關於星系是如何演化全新東西。通過哈勃太空望遠鏡拍攝到的更清晰星系圖像，研究人員意識到，氣體完全可以通過星系中恆星的集中光線從星系中噴射出來，而不需要從墜入黑洞的氣體中獲得額外能量。使用HST，以前在地面上的望遠鏡看到這些模糊點現在顯示出了這些特徵，看起來像是星系的碰撞——它們周圍有大量的恆星流。最令人驚訝的是，它們非常緊湊。銀河系所有的恆星和氣體都分布在10萬光年之外，這意味著從一邊到另一邊需要10萬光年。

這些星系和銀河系一樣大，看起來它們的大部分質量都被塞進了大約1000光年的空間。所以，它們是巨大的，但它們也是高度集中。研究人員開始發展的想法是也許這些星系是如此緊密以至於所有的星光從這些星系的所有恆星擠進這個狹小空間內，它們自身的強度足以將氣體驅逐出星系。這個想法是恆星發出光粒子，這些光粒子會撞擊氣體粒子，「給它們一點推力」。這些小推力的總和足以以驚人的速度將所有氣體推出星系。當因為星系的合併而將整個銀河系壓縮成一個小點時，會導致數千億顆恆星處於一個非常緊湊的位置。

星系sdss J 1341？0321的COJ(21)圖在333kms-1通道上的平均值，跨越ΔV=±1500kms-1(標籤給出通道中心)相對於系統紅移。等高線從2σ開始，對數間隔為σ的0.2Dex倍。虛線等高線是負等值線。在HST/F814W成像中，十字線指示了恆星發射的峰值。黑色橢圓表示合成光束的fwhm。圖片：KU

當這種情況發生時，可以將足夠多的光線放入足夠小的空間，這樣就可以將所有的氣體推出星系，而不需要從氣體落入超大質量黑洞中獲得額外的能量。美國國家科學基金會的資助工作將使對這類自猝滅星系進一步觀察和研究成為可能。研究人員將用各種各樣的方法來研究這些星系，使用的望遠鏡包括美國宇航局的錢德拉x射線天文台、夏威夷的凱克天文台和智利的阿塔卡馬大毫米陣列(ALMA)等。這些星系以這種方式把自己封閉起來有多普遍？星系真能完全吹滅它所有的氣體嗎？還是我們看到的真是快速的小氣流？就像你有一個茶壺在爐子上，它很熱，一股煤氣從茶壺裡噴出來。

你知道這種氣體正在噴射出來，我們想知道是否有足夠的氣體噴射出來，把茶壺裡的水完全抽干。研究人員Rudnic在《天體物理學》上發表了一篇論文，用ALMA望遠鏡觀察了一個自猝滅的星系內部「最緻密、最冷的氣體——實際上是構成恆星的物質」。在那篇論文中問道：我們有什麼證據證明氣體爆炸？這位堪薩斯大學的研究人員和合著者發現，這個星系是兩個星系猛烈合併後的緻密殘餘。這種「合併殘餘」也擁有巨大的高密度分子氣體風，但沒有任何活動星系核的痕迹，想要確定密度大的氣體被逐出星系的速度。

ALMA使用的光波比可見光波長長得多，波長只有0.1毫米。事實證明，這種氣體中一氧化碳分子發出的光，可以用地球上的望遠鏡看到。大部分的氣體實際上是氫，但是從地球上很難看到氫，所以我們選擇了微量氣體。它很像天然氣，聞不到，所以他們放了一些東西讓它聞起來像臭雞蛋。可以告訴我們很難看到的氫分子在哪裡。用ALMA來檢測一氧化碳用它來檢測總分子氣體的量。發現這種氣體，構成了星系的大部分，以每秒1000公里的速度從星系中心移動。真正形成恆星的物質正在被吹滅。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《天體物理學》｜研究/來自：堪薩斯大學，DOI: 10.3847/2041-8213/aad8b6

博科園-傳遞宇宙科學之美

閱讀原文進入可下載iOS或安卓App：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！