是什么推动了星系(也就是所谓的梅西耶M82)量气体和尘埃的喷射?

我们知道,成千上万颗恒星的爆发正在推动一股强大的超级风,将物质吹入星系间的空间。新的研究表明,磁场也有助于梅西耶M82的物质驱逐,这是一个著名的星爆星系的例子,具有独特的、细长的形状。

NASA的平流层红外天文观测站(SOFIA)的发现有助于解释尘埃和气体如何从星系内部移动到星际空间,并为星系的形成提供线索。这种物质富含碳和等支持生命元素,是未来星系和恒星的基石。这项研究在美国天文学会的会议上进行了介绍。

SOFIA是NASA和德国航空航天中心(DLR))的联合项目,此前曾研究过梅西耶M82(雪茄星系的官方名称)核心附近磁场的方向。这一次,该团队使用了被广泛用于研究太阳周围物理的工具(称为太阳物理学),以了解在比以前大10倍的距离上环绕星系的磁场强度。

“这是研究太阳的古老物理学,但对星系来说是新事物,”位于美国宇航局硅谷艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的大学空间研究协会(Universities Space Research Association)副主任琼·施梅尔茨(Joan Schmelz),即将发表的有关这项研究的论文的合著者说,“它帮助我们理解恒星和星系之间的空间是如何为未来的宇宙世代提供如此丰富的物质。”

雪茄星系位于大熊星座,距离地球1200万光年,正在经历一种被称为星爆的异常高的恒星形成速率。恒星的形成是如此强烈,以至于它产生了一股超级风,将星系中的物质吹出。SOFIA之前使用高分辨率机载宽带照相机(简称HAWC+)发现,风会拖拽星系核心附近的磁场,使其垂直于星系平面,跨越2000光年。

这张由哈勃太空望远镜斯皮策太空望远镜拍摄的星系可见光和红外合成图像显示了梅西耶M82(又称雪茄星系)的磁场。来自炙热新恒星的恒星风形成了一股星系超级风,它喷出大量的热气体(红色)和垂直于窄星系(白色)的巨大烟雾尘埃(黄色/橙色)。研究人员利用平流层天文台获取红外天文学磁场数据和广泛用于研究太阳周围物理的工具,推断出该星系周围2万光年磁场的强度。它们似乎无限期地延伸到星系间的空间中,就像太阳的太阳风一样,并且可能有助于解释气体和尘埃是如何远离银河系传播的。
影像来源:NASA, SOFIA, L. Proudfit; NASA, ESA, Hubble Heritage Team; NASA, JPL-Caltech, C. Engelbracht

研究人员希望了解磁场线是否会像太阳风中的磁场环境一样无限延伸到星系间空间,或者转变成太阳活动区域中发现的类似日冕环的结构。他们计算得出,该星系的磁场像太阳风一样向外延伸,让被超级太阳风吹散的物质逃入星系间空间。

这些扩展的磁场可能有助于解释太空望远镜发现的气体和尘埃是如何远离银河系。 NASA的斯皮策太空望远镜在距银河系20,000光年的距离内探测到尘埃物质,但目前尚不清楚为什么它会从两个方向远离恒星,而不是呈锥形喷流而远离恒星。

宾夕法尼亚维拉诺瓦大学的博士后研究员、即将发表的这篇论文的合著者乔丹·圭拉·阿奎莱拉说:“磁场可能就像一条高速公路,为星系物质创造了广泛传播到星系间空间的通道。”

除极少数情况外,我们无法直接测量日冕中的磁场。因此,大约50年前,科学家们开发出了一种方法,可以精确地从太阳表面外推磁场到行星际空间,在太阳物理学中称为势场外推法。利用SOFIA现有的中心磁场观测数据,研究小组改进了这种方法,估算出雪茄星系周围25000光年左右的磁场。

“我们无法轻易地在如此大的规模上测量磁场,但我们可以用这些工具从太阳物理学中推断出来,”恩瑞奎·洛佩兹-罗德里格斯(Enrique Lopez-Rodriguez)说,他是位于埃姆斯的索菲亚大学空间研究协会的科学家,也是这项研究的主要作者,“这种新的、跨学科的方法为我们了解星爆星系提供了更广阔的视角。”

SOFIA是NASA和德国航空航天中心的联合项目。 NASA位于加利福尼亚州硅谷的艾姆斯研究中心与总部位于马里兰州哥伦比亚市的大学空间研究协会以及斯图加特大学的德国SOFIA研究所合作管理SOFIA项目、科学和任务操作。该飞机由位于美国加利福尼亚州帕姆代尔的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼进行维护和运营。高分辨率机载宽带摄像机仪器是由NASA喷气推进实验室领导的多机构团队开发并交付给NASA。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/magnetic-highway-channels-material-out-of-cigar-galaxy

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