哈勃太空望远镜探测到保护一对矮星系的防护罩

数十亿年来,银河系最大的卫星星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云——经历了一段危险的旅程。当它们被拉向我们的银河系时,它们相互环绕,开始解体,留下气态碎片的痕迹。然而,令天文学家困惑的是,这些矮星系仍然完好无损,恒星形成仍在继续。

“很多人都在努力解释,这些物质流为什么会在那里。”科罗拉多学院助理教授达内什·克里希纳劳说。“如果这些星系中的气体被移除,它们怎么还在形成恒星?”

借助于NASA哈勃太空望远镜和一颗名为远紫外光谱探测器(FUSE)的退役卫星的数据,由克里希纳劳领导的一组天文学家终于找到了答案:麦哲伦星系被星系冕(一种热增压气体的保护屏障)所包围。星系冕将这两个星系被包裹起来,防止它们的气体供应被银河系吸走,从而使它们能够继续形成新的恒星。

研究人员利用类星体紫外线的光谱观测来探测和绘制麦哲伦星系冕,这是一种围绕着大麦哲伦星云和小麦哲伦星云的热增压气体的扩散晕。图中以紫色显示,星系冕从构成麦哲伦星云的主要恒星、气体和尘埃中延伸出超过100,000光年,与围绕银河系的更热、更广泛的星系冕混杂在一起。麦哲伦星云是距离地球约16万光年的矮星系,是银河系中最大的卫星星系,被认为是第一个围绕银河系并坠落到银河系的星系。这段旅程已经开始将曾经有多条双臂的条状螺旋星系分解成形状更不规则、尾翼更长的碎片星系。星系冕被认为是一个缓冲区,保护矮星系的重要恒星形成气体免受更大银河系的引力影响。麦哲伦星系冕的探测是通过分析来自28个遥远背景类星体的紫外线模式进行。当类星光穿过星系冕时,紫外线的某些波长(颜色)被吸收。类星体光谱印上了构成星系冕气体的碳、氧和硅离子的独特特征。由于每个类星体探测星系冕的不同部分,研究团队还能够证明,气体量随着距离大麦哲伦星云中心的距离而减少。这项研究使用了哈勃宇宙起源光谱仪(COS)和远紫外光谱仪(FUSE)对类星体的观测存档。类星体还被用来探测麦哲伦星流、银河系的流出物以及仙女座星系周围的光晕。
插图来源:STScI,Leah Hustak

这项刚刚发表在《自然》杂志上的发现,解决了星系演化的一个新方面。马里兰巴尔的摩太空望远镜科学研究所的联合研究员安德鲁·福克斯说:“星系被包裹在气态茧中,起到了防御其他星系的作用。”。

天文学家几年前就预言了星系冕的存在。威斯康星大学麦迪逊分校的联合研究员埃琳娜·德昂吉解释说:“我们发现,如果我们在麦哲伦星云坠落入银河系的模拟中加入星系冕,我们就可以首次解释提取气体的质量。我们知道大麦哲伦星云的质量应该大到足以形成星系冕。”

但是,尽管星系冕从麦哲伦星云延伸超过10万光年,覆盖了南部天空的大部分,但实际上它是不可见的。要想把它画出来,需要在30年的存档数据中寻找合适的测量方法。

研究人员认为,星系冕是数十亿年前坍缩形成星系的原始气体云的残余物。虽然已经在更远的矮星系周围发现了星系冕,但天文学家此前从未能够如此详细地探测星系冕。

“计算机模拟有很多关于它们应该是什么样子的预测,它们在数十亿年里应该如何相互作用,但从观测角度来看我们无法真正测试大多数预测,因为矮星系通常很难被发现。”克里希纳劳说。“因为它们就在我们的家门口,所以麦哲伦星云为研究矮星系如何相互作用和演化提供了理想的机会。”

为了寻找麦哲伦星系冕的直接证据,该团队梳理了哈勃望远镜和 FUSE 的档案,寻找位于其背后数十亿光年的类星体的紫外线观测结果。类星体是星系中极其明亮的核心,里面隐藏着大量活跃的黑洞。该团队推断,研究小组推断,尽管星系冕本身非常暗,无法探测到,但它应该像一种雾一样可见,遮蔽并吸收背景中类星体发出的不同模式的亮光。过去,哈勃对类星体的观测曾用于绘制仙女座星系周围的星系冕图。

通过分析28个类星体的紫外光模式,,该团队能够探测和表征大麦哲伦云周围的物质,从而确认星系冕的存在。正如预测的那样,类星体光谱上印着碳、氧和硅的独特特征,这些特征构成了环绕星系的热等离子体晕。

探测星系冕的能力需要极其详细的紫外光谱。“哈勃和FUSE的分辨率对这项研究至关重要,”克里希纳罗解释道。“星系冕气体非常分散,甚至几乎没有。”此外,它还与其他气体混合,包括从麦哲伦云中抽取的气流和源自银河系的物质。

通过绘制结果,该团队还发现气体量随着距离大麦哲伦星云中心的距离而减少。 “这是一个完美的迹象,表明这个星系冕确实存在。”克里希纳劳说。 “它真的是在包裹着星系并保护它。”

这么薄薄的一层气体怎么能保护一个星系免于毁灭呢?

“任何试图进入星系的物体都必须首先穿过这些物质,这样它才能吸收一些冲击力。”克里希纳罗解释说。“此外,星系冕是第一种可以提取的物质。在放弃少量星系冕的同时,它也保护星系内部的气体,从而能够形成新的恒星。”

哈勃太空望远镜是NASA和ESA(欧洲航天局)之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃望远镜的科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。

远紫外光谱探测器(FUSE)是NASA、加拿大航天局(CSA)和法国航天局(CNES)之间的国际合作项目,于1999年至2007年投入使用。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/hubble-detects-protective-shield-defending-a-pair-of-dwarf-galaxies

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