从星系吹出的风

原创：牧夫天文

翻译：陆寅枫

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：https://phys.org/news/2019-10-astronomers-galaxy.html

马卡尼星系中的电离气体风的三维渲染图。图中的形状代表其实际形状，而颜色代表风向。蓝色为吹向地球方向的风，红色则为相反的方向。图中标注了两个主要外流点的大概位置。Credit:
Jim Geach, David Tree, Peter Richardson(University of Hertfordshire)

近日，一个由美国加州大学圣地亚哥分校的Alison
Coil和罗德学院的David
Rupke带领的国际小组，在研究一个被称为马卡尼（Makani，夏威夷语中“风”的意思）的遥远星系中的星系风时，有了非常新奇的发现。他们的发现首次为星系风在生成环星系介质（circumgalactic

medium，CGM）中起到的影响给出了直接的线索。顾名思义，环星系介质环绕星系而分布，在星系演化中扮演着积极而重要的角色。马卡尼星系独特的化学组成使它成为了本次研究的目标。

“马卡尼星系并不是一个典型的星系。”加州大学圣地亚哥分校的物理教授Alison
Coil说，“它属于一种叫‘后期大型合并（late-stage major
merger）’的天体，这种天体由两个合并不久的质量相当的星系组成。它们通常是由于相互之间的引力作用而合并的。星系合并往往会导致星暴：合并星系中的大量气体被压缩，从而使恒星形成率爆发式地增长。马卡尼星系中的这些新生恒星很有可能导致了巨大的气体外流。这主要以两种形式发生，恒星风或是超新星爆发。”

宇宙中的绝大部分气体都出现在星系周围的区域，而不是星系内部。对此天文学家还没有一个合理的解释。通常来说，当天文学家观测一个星系时，他们并不会看到星系正在经历什么剧烈的天文事件，如大合并、恒星的重新排列、大量恒星生成、或是猛烈的星系风等。

“尽管这些事件在星系的整个生命周期中可能会出现，它们也将会是非常短暂的。”Coil继续解释道，“这次我们非常幸运，在马卡尼星系中的气体和尘埃正大量外流时捕捉到了它。”

巨大的星系风包围着马卡尼星系。白色的等高线划分出了颜色不同的几个区域。颜色代表了电离气体发出的光的亮度，其中浅色（白黄）代表了最明亮的区域，深色（蓝紫）则代表了最暗弱的区域。画面中央的黑色区域是整个马卡尼星系，不过星系中绝大部分物质都集中在中心的绿点上。图中空间坐标轴的单位是千秒差距。Credit:
Gene Leung(UC San Diego)

在本次研究中，Coil和Rupke的小组主要使用了凯克天文台的凯克宇宙网络成像仪（Keck
Cosmic Web Imager,
KCWI）收集的数据，同时还参考了由哈勃望远镜和阿塔卡玛大型毫米波阵列（ALMA）所拍摄的图像。KCWI收集的数据让研究员惊讶地发现马卡尼星系的电离氧气占据了极其庞大的空间，远超星系本身。此外，KCWI的数据还让研究员分辨出哪里是几百万年前刚开始的，速度仍然很快的气体外流，哪里是已经开始了几亿年，并且速度已经减缓了很多的气体外流。

“很早就开始的气体外流已经飘到了距星系非常远的地方，而那些速度很快但开始了没多久的气体外流则还没有。”罗德学院的物理副教授Rupke总结道。

研究人员通过哈勃望远镜收集了很多马卡尼星系中恒星的图像，结果显示马卡尼是一个质量巨大又紧凑的星系，是由两个独立的星系合并而成的。通过ALMA，研究人员发现外流的气体中不仅有分子，还有原子。数据指出，马卡尼星系中除了有处在各个不同寿命阶段的恒星外，还有可能存在着一个吸积了很多尘埃的超大质量黑洞。这些现象表明马卡尼星系的属性和年龄是与星系风的理论模型相一致的。

“从体积和速度来看，这两处外流气体与过去触发它们的星暴事件是相吻合的。我们有着相应的理论模型，预测了由星暴所引发的大型又快速的星系风的行为，我们测量的结果与这个理论模型也是一致的。”Coil指出。

Rupke注意到马卡尼星系风的沙漏形状与其他一些星系中的星系风非常相像，但是马卡尼星系风的体积远远大过其他星系的星系风。

“我们可以断定这的确是正在由星系内部吹往星系周围的气体。并且在这个过程中，不断有新的气体被推动而一起移动了起来。”Rupke解释说，“整个星系中可见物质的1%至10%都因此在以几千千米每秒的速度移动着。”

Rupke还指出，尽管天文学家逐渐对星系风是产生环星系介质的重要推动力这一点产生共识，先前的大部分证据只是来自有关星系局部的理论模型和观测结果，我们并没有对整个星系有过完整的研究。

“但是这一次我们有了一个星系的完整图像，它很好地展现了我们所期望的景象。”Rupke说，“马卡尼星系第一次直接地呈现了星系是如何对其正在形成的环星系介质做出贡献的。”

『天文时刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

诺斯罗普·格鲁曼公司的安塔瑞斯火箭，发射天鹅座货运飞船，执行第12次空间站补给任务时拍摄。详见：https://www.nasa.gov/nasalive/