在邊緣之外，草帽星系的光環(huán)暗示著動蕩的過去

來自美國宇航局哈勃太空望遠鏡的令人驚訝的新數(shù)據(jù)表明，草帽星系盤面光滑、穩(wěn)定的“邊緣”可能隱藏著動蕩的過去。哈勃望遠鏡的銳度和靈敏度解析了草帽星系巨大、延伸的光暈中數(shù)以萬計的單個恒星，該光環(huán)超出了星系的中心，通常由較老的恒星組成。

對草帽的這些最新觀測正在顛覆傳統(tǒng)理論，僅顯示暈中一小部分較老的低金屬的恒星、僅在星系盤中發(fā)現(xiàn)的大量富含金屬的恒星以及中央凸。星系的合并可能是其中的原因之一，盡管并沒有在草帽星系中發(fā)現(xiàn)最近大規(guī)模星系合并的證據(jù)。

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馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學(xué)研究所 (STScI) 的保羅·古德弗羅伊說：“草帽星系一直是一個有點奇怪的星系，這就是它如此有趣的原因?！?“哈勃的金屬豐度測量值（即恒星中重元素的豐度）表明，草帽星系可以教給我們許多關(guān)于星系重組和演化的知識?！?/p>

STScI的聯(lián)合研究員羅杰·科恩 (Roger Cohen) 補充說：“哈勃對草帽光環(huán)的觀察正在改變我們普遍接受的對其頭部星系構(gòu)成和金屬含量的理解?！?/p>

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長期以來，由于其明亮美麗和奇特的結(jié)構(gòu)，草帽星系 (M104)一直是天文學(xué)家和業(yè)余天空觀察者的最愛，現(xiàn)在它的故事有了新的篇章——一個富含金屬的恒星擴展光環(huán)，幾乎沒有在其他星系光暈中看到的低金屬跡象。研究人員對哈勃的數(shù)據(jù)感到困惑，轉(zhuǎn)而采用復(fù)雜的計算機模型來解釋這不同于傳統(tǒng)星系理論的反轉(zhuǎn)。結(jié)果表明，銀河系過去可能發(fā)生過重大的合并，這同樣令人驚訝。盡管草帽號的宏偉結(jié)構(gòu)沒有最近中斷的證據(jù)，但這一不尋常的發(fā)現(xiàn)和可能的解釋發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

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左側(cè)是草帽星系 (M104) 的圖像，其中包括遠在其明亮圓盤和凸起之外的暗淡光暈的一部分。哈勃拍攝了光暈中的兩個區(qū)域（其中一個由白框顯示）。右側(cè)的圖像放大以顯示哈勃拍攝的細節(jié)水平。橙色框是哈勃視圖的一個小子集，包含無數(shù)暈星。靠近星系盤的恒星群密度增加（底部藍色框）。每一幀都包含一個明亮的球狀星團，其中有許多在星系的光暈中。

草帽的光環(huán)包含比預(yù)期更多的富含金屬的恒星，但奇怪的是，在大質(zhì)量星系的光環(huán)中幾乎沒有通常發(fā)現(xiàn)低金屬的恒星。然而，許多球狀星團都含有低金屬的恒星。草帽星系這種令人困惑的特征，一種可能的解釋是，它是數(shù)十億年前大質(zhì)量星系合并的產(chǎn)物，盡管星系盤和暈的光滑外觀沒有顯示出如此巨大的破壞的跡象。（圖片來源：NASA/數(shù)字化天空調(diào)查/保羅·古德弗羅伊 (STScI)/哈勃研究團隊 (STScI/AURA)）

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“沒有低金屬恒星是一個很大的驚喜，”古德弗羅伊說，“而富含金屬的恒星則更加神秘?！?/p>

與星系主盤中擁擠的恒星相比，天文學(xué)家希望在星系的光暈中找到較早的恒星，其重元素（稱為金屬）較少。元素是通過恒星“生命周期”過程產(chǎn)生的，一個星系中恒星經(jīng)歷這個周期的時間越長，氣體元素越豐富，由氣體形成的恒星金屬度越高。這些年輕的、高金屬含量的恒星通常出現(xiàn)在星系的主盤中，那里的恒星數(shù)量更密集——或者說傳統(tǒng)理論上是這樣。

使事實復(fù)雜化的是許多古老的、低金屬的球狀星團的存在。預(yù)計這些較老的、低金屬的恒星最終會移出它們的星團并成為一般恒星暈的一部分，但這個過程在草帽星系中似乎效率低下。該團隊將他們的結(jié)果與最近的計算機模擬進行了比較，以了解星系暈中這種意想不到的金屬豐度測量結(jié)果的起源。

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結(jié)果也出乎意料，表明未受干擾的草帽星系在數(shù)十億年前經(jīng)歷了重大的吸積或合并事件。與我們的銀河系不同，銀河系被認為在數(shù)十億年的所謂“小”吸積中吞噬了許多小衛(wèi)星星系，而主要的吸積是兩個或更多類似質(zhì)量的星系的合并，這些星系中富含,金屬豐度較高的恒星。

衛(wèi)星星系只包含低金屬度的恒星，這些恒星主要是來自大爆炸的氫和氦。較重的元素必須通過核合成在恒星內(nèi)部進行合成，并合并到下一代恒星中。這個過程在矮星系（如我們銀河系周圍的星系）中的效率相當(dāng)?shù)拖?，而在更大、進化程度更高的星系中更有效。

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草帽星系的結(jié)果令人驚訝，因為其光滑的圓盤沒有顯示出中斷的跡象。相比之下，許多相互作用的星系，如標志性的觸角星系，因其相互作用的潮汐力而導(dǎo)致旋臂的扭曲外觀而得名。類似質(zhì)量的星系合并通常會合并成具有擴展光暈的大而光滑的橢圓星系——這個過程需要數(shù)十億年的時間。但是，草帽星系從來都不太符合螺旋星系或橢圓星系的傳統(tǒng)定義。它介于兩者之間——混合星系。

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對于這個特殊的項目，團隊選擇草帽星系主要是因為其獨特的形態(tài)。他們想知道隨著時間的推移，這種“混合”星系是如何形成和合并的。關(guān)于光環(huán)的金屬豐度分布的后續(xù)研究將在與草帽星系距離相似的幾個星系中進行。

研究小組期待未來的天文臺繼續(xù)調(diào)查草帽星系的特性。廣角紅外巡天望遠鏡 (WFIRST) 的視場是哈勃望遠鏡的100倍，將能夠捕捉到星系暈的連續(xù)圖像，同時在紅外光中捕捉到更多的恒星。詹姆斯韋伯太空望遠鏡也將因其類似哈勃的分辨率和更深的紅外靈敏度發(fā)揮更大的作用。

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哈勃太空望遠鏡是NASA與ESA（歐洲航天局）的國際合作項目。美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責(zé)管理望遠鏡。位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學(xué)研究所 (STScI) 對哈勃進行科學(xué)操作。STScI由位于華盛頓特區(qū)的天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會為 NASA 運營。

BY: Rob Garner

FY: 董美慧

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