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[ASWEB]老鳥?不死鳥!「鳳凰」創紀錄每年驟生740顆新恆星

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2012/08/28

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天文學界最新的重要發現,焦點集中關注在一個全宇宙最大天體之一的「凰凰星系團(Phoenix Cluster)」,它一口氣打破了多項重要的全宇宙紀錄。這次全世界共有8個一流的觀測站包括:錢卓X射線天文台、美國國家科學基金會(NSF)的南極望遠鏡(South Pole Telescope)等一起進行了觀測。根據鳳凰星系團在觀測中透露的訊息,天文研究人員可能被迫又要重新想過一遍了…宇宙中這些龐大無比的大尺度結構及那些棲身於其中的星系,「它們,究竟如何演化的?」

觀測紀錄顯示,若以星系團中央的位置來說,鳳凰星系團締造的是目前最高的「新興恆星產出率」紀錄,在已知星系團中,它是X射線最強的天體,在「質量最大星系團」排行榜中,它名列前茅。這個距離地球57億光年遠的「鳳凰星系團」其實是個新名字,關於得其得名之緣由,一是因它位置正好就在「鳳凰座」中,二是因它的特性正好與傳說中浴火重生的不死鳥「鳳凰」十分貼近。

據這篇Nature論文的主要作者,曾獲「哈柏Fellow」的MIT研究員Michael McDonald表示:「大多數位置在星系團中心的星系,已經幾十億年都陷入沉睡中,這正是為何這顆有大批新興恆星形成的星系顯得如此與眾不同的原因。神話裡重獲新生的鳳凰,剛好是這個從死氣沉沉重返活蹦亂跳的這個天體的最佳寫照。」

和其他星系團一樣,鳳凰星系團保存有大量的熱氣體,其熱氣體存量多到,它的普通物質-不是暗物質-加起來的總數量,甚至比該星系團裡其他所有星系的普通物質加總起來的數量還多。要偵測這樣的熱氣體存量,必須仰賴的就是譬如錢卓望遠鏡之類的「X射線」望遠鏡。先前的認知多以為,星系團的熱氣體經過相當時間後會冷卻,並朝星系團最中央那顆星系下沉,大量形成恆星。不過,過去幾十億年以來多數星系卻都很少在製造恆星,天文學家認為,這是因為星系團中央的超大質量黑洞作祟,黑洞噴流的能量,像打氣筒一樣地持續灌注在該系統中,造成熱氣體的冷卻過程終止,阻礙了恆星形成,特別是「星驟生」所需的條件。

著名的英仙座星系團就是因為黑洞大筆釋放能量、阻止了氣體冷卻,使其恆星誕生速率無法達到高速的一個著名案例。來自英仙座中央星系的黑洞,以強力噴流為其形式地一再爆發,造成了巨大空腔,發出超低音的聲波,這個超低音的降B音(B是音名,也就是Do Rei Mi唱名裡的第七音,Si),其音之低,遠超過我們所能想像:足足比中央C低了57個8度。強大黑洞噴流讓氣體溫度居高不下。

本篇論文之共同作者,哈佛史密松天文物理中心研究員Ryan Foley表示,之前天文學家以為幾乎每個星系團中央星系都和英仙座中央星系團一樣,會發出這種「低57個8度的低音」,鳳凰星系團卻清楚告訴了我們,這個迷思並非全然是正確的 – 「或者至少該這麼說,即便是日夜笙歌,偶爾它也會點綴個幾次完全停止奏樂。」每逢星系中央的黑洞噴流出現力道不足時,星系團裡的氣體冷卻過程就可以順利演出。

當黑洞沒有產生力道強勁的噴流時,鳳凰星系團中央勤於做工的小蜜蜂之歌就上場了,恆星形成速度「咻」一下比英仙座星系快了20倍。由於全宇宙出現最高恆星形成率的地點都是在所謂「星系團中央」這個位置以外的其他區域裡,而最高恆星形成率的紀錄也只不過是向上再乘以二的數字而已,所以,無論如何,以星系團中央位置來說,鳳凰星系團的恆星形成速率,都在已知觀測對象中是最高的紀錄。

在鳳凰星系團裡,一方面新生恆星形成速度接近狂熱,另一方面氣體冷卻率也極迅速,這使得星系團中央星系和黑洞的質量累加非常快,這是相當重要的階段,但天文學家預計這個階段的時間長度,相對地,也將是很短暫。

這裡的這顆中央星系和它的黑洞正在經歷增長,但盛況可說僅為曇花一現,不超過一百萬年就會停。超過一億年的話,這個星系和它的黑洞就會長得太大而和組成鄰近宇宙的其他天體不成比例了。

從鳳凰星系團到它的中央星系以及中央星系的超大質量黑洞,三者分別都各在所屬類型天體中為「質量No. 1」者。由於它們如此巨大,而星系團在宇宙學的探討和星系演化等主題上,又是一個佔有關鍵地位的天體,因此,現在找到了像鳳凰星系團這麼一顆各種特性都再三顛覆傳統認知的星系團,這項發現也就顯得至關重要了。

像這麼壯觀的星遽增場景對天文學界而言,是個非常重要的大發現,意味著天文學家必須重新去思考,星系團中央的大質量星系有著怎樣的成長過程。Martin Rees是一位知名的宇宙學者,他本身沒有參加這項研究,以客觀立場表示這項新研究的成果代表著:先前可能低估了「熱氣體冷卻」這項因素在恆星形成中有多麼舉足輕重。(Lauren 譯)

圖片說明:上圖左,天文學界新發現這顆「鳳凰星系團」的多波段合成圖,它距離地球有57億光年。其中,紫色代表了NASA錢卓X射線觀測站提供的影像;來自「可見光波段」的藍、綠、紅色,是由口徑4米的Blanco望遠鏡提供,紫外線波段的影像(藍色)由NASA的「星系演化探測者號」(GALEX)提供。星系團裡發出了X射線的熱氣體,在錢卓望遠鏡的透視下現了形,在可見光和紫外光波段提供的是星團裡的星系如何分佈和它附近天區的影像。「鳳凰」星系團是個天文學家最近剛為這個天體而取的新名字,一則因該星系團位置就在鳳凰座裡,二則因它獨特的特性正好與傳說中浴火重生的不死之鳥:「鳳凰」十分相配。按觀測紀錄顯示,若以星系團中央的位置來說,鳳凰星系團締造了目前最高的「新興恆星產出率」紀錄,且是已知星系團中,X射線最強的,還在「質量最大星系團」排行榜中,名列前茅。觀測發現到該星系團中央的「熱氣體冷卻率」也是全宇宙最高。Credit: X射線: NASA/CXC/MIT/M.McDonald; 紫外光: NASA/JPL-Caltech/M.McDonald; 可見光: AURA/NOAO/CTIO/MIT/M.McDonald; 繪圖: NASA/CXC/M.Weiss

資料來源:轉載自中研院天文網, 2012.08.24, KLC

轉載自 網路天文館

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