宇宙中的“极端”星系是如何形成的?
  • 来源:环球科学
  • 2020-10-16 10:01

图片来源:Pixabay

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  天文学家发现,认识一个具有极端尺度(极大或极小)星系的关键,可能存在于星系所处的环境中。在两项相关研究中,一支国际团队发现两种亮度与普通星系相当的极端星系——极端致密或极端松散的星系,似乎总是出现在稠密环境中,即含有大量星系的环境。这启发了研究人员,他们推测这些极端大小的星系或许在开始与普通星系类似,只是在后期由于与其它星系的相互作用,并最终演化出不寻常的尺寸。

  该团队在一项史无前例的银河系星系普查中,辨识出了位于室女座超星系团(Virgo cluster)附近的超致密星系和超松散星系。这项研究使用由加法夏望远镜(CFHT)中的MegaCam(一台宽视场光学相机)拍摄的下一代室女星系团巡天(NGVS)的数据。室女座星系团是距离银河系最近的星系团——约5000万光年,其中含有数千个星系,其中绝大部分是通过下一代室女星系团巡天数据首次发现的。

  25年前,天文学家发现了宇宙中已知的最致密的星系——超致密矮星系(UCD)。另一种理论则将超致密矮星系描述为大型恒星团,或者是被剥去恒星外壳的较大星系的残骸。第一项研究的第一作者Chengze Liu博士说道,“我们注意到室女座星系团附近有数百个超致密矮星系,而且其中至少有一部分已经开始演化为更大的星系。”

两种极端星系(超致密矮星系和超松散星系)的特写。图片来源:Credit: Sloan Digital Sky Survey

两种极端星系(超致密矮星系和超松散星系)的特写。图片来源:Credit: Sloan Digital Sky Survey

  尽管,超致密矮星系在外形上类似于一个大型恒星团,但在本研究中出现的大量超致密矮星系则被证实是环绕着中央致密核心的暗淡的恒星壳。这些恒星壳或许是一个最终被附近星系的潮汐引力逐渐剥离的星系残骸。此外,研究发现超致密矮星系出现在室女座星系团最致密区域的概率更大。综合来看,现有证据均表明一些超致密矮星系是由环境诱发而演化形成的。

  超松散星系(UDG)则是位于星系尺度另一端的谜团。它们与普通星系亮度相当,但面积更大、更松散。有理论认为超松散星系是,一些巨星系形成大量恒星之前,被剥离了气体(形成恒星的原料)而形成的。也有一些理论认为,超松散星系曾经也是普通星系,只是因为星系的合并和相互作用而变得松散。

  第二项研究的第一作者、美国坦帕大学的Sungsoon Lim博士说:“我们发现室女座星系团中,越靠近致密星系核,超松散星系会越集中,这表明稠密的星系环境对它们的形成很重要。而超松散星系的多样性也表明,它们并非由于单一的过程形成;但至少其中一部分超松散星系的松散特性,是由于潮汐作用或低质量星系合并导致的。”

  另一个谜团是,一些超松散星系中含有大量球状星团。北京大学科维理天文与天体物理研究所的教授、上述两项研究的合作者Eric Peng表示,“激烈的球状星系形成过程,通常会使得一个星系变得更致密,而非更松散。因此,理解超松散星系中球状星系的形成,将是一项有趣的挑战。”

  第一项研究的合作者、加拿大赫茨伯格天文和天体物理研究中心国家研究委员会的Patrick Côté博士说:“在找出真正不寻常的星系之前,我们首先需要了解所谓的普通星系的性质。NGVS能提供关于室女座星系团整体最深入、最完整的观察数据,使得我们能够发现最致密和最松散的星系。而了解它们的形成如何与整个星系团相融合,将能提升我们的认识。”文中的两篇论文均发表于《天体物理杂志》。

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