“贫血星系”揭示超扩散星系形成理论的缺陷！
“贫血星系”揭示超扩散星系形成理论的缺陷！博科园 科学科普
天文物理
2 days ago
由加州大学天文台(UCO)领导的一个天文学家团队对一个如此微弱、如此原始的星系进行了详细研究，这个星系就像一个时间胶囊，在宇宙诞生后不久就被密封起来，但却被凯克天文台(W. M. Keck Observatory)的最新技术打开。利用Keck宇宙网络成像仪(KCWI)，研究小组发现了一个奇异、孤立的超扩散星系(UDG)。这个透明幽灵般的星系，名为DGSAT I，与目前关于超扩散星系(UDG)形成的理论相矛盾。所有先前研究的超扩散星系(UDG)都是在星系团中，这为曾经的“正常”星系提供了理论基础，但随着时间的推移，由于星系团内部的剧烈事件，超扩散星系(UDG)被炸成了蓬松的一团。
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博科园-科学科普：UCO博士后学者、该研究的第一作者伊格纳西奥马丁纳瓦罗(Ignacio Martin-Navarro)说：对于星系的起源，从螺旋星系到椭圆星系，从巨型星系到矮星系，似乎有一幅相对清晰的图画。然而，最近发现的可持续发展目标对这幅图景的完整性提出了新问题。到目前为止，所有被详细研究的可持续发展目标都是在星系团内部：密集的暴力相互作用区域，在那里，星系刚诞生时的特征就被困难的青春期打乱了。该小组的研究结果将发表在2019年4月11日出版的《皇家天文学会月报》上，现在可以在网上查阅。因为DGSAT I是在集群之外发现的超扩散星系(UDG)一个罕见例外，所以它可以提供一个更清晰的窗口来了解过去。
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围绕它的活动并不多，不会影响它的构成和演变。为了找出这个星系在星光下如此稀疏的原因，研究小组使用KCWI绘制了这个星系的组成图。该研究报告的作者之一、加州大学洛杉矶分校天文学家、圣何塞州立大学(San Jose State University)物理与天文学系副教授亚伦罗曼诺斯基(Aaron Romanowsky)说：星系的化学组成提供了它形成时环境条件的记录，就像人体中的微量元素可以揭示一个人一生的饮食习惯和暴露在污染物中的方式一样。DGSAT的化学组成让研究人员大吃一惊，与大爆炸后诞生的古老星系相比，今天的星系通常含有更多的重元素，比如铁和镁。
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但KCWI显示DGSAT I似乎贫血，这个星系的铁含量非常低，就好像它是由几乎未受超新星死亡影响的原始气体云形成。然而DGSAT I的镁含量是正常的，这与天文学家们期望在现代星系中发现的是一致。这很奇怪，因为这两种元素都是在超新星事件中释放，通常找不到一个另一个。罗曼诺斯基说：我们不了解污染物的这种组合，但想法之一是，超新星的极端爆炸导致星系在青春期的大小发生脉动，这种脉动的方式使镁优先于铁。超扩散星系(UDG)是一种相对较新的星系，于2015年首次被发现。它们和银河系一样大，但恒星数量却比我们的银河系少100到1000倍，因此几乎看不见它们，也很难研究。
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DGSAT I(左)是一个超扩散星系(UDG)，与一个正常螺旋星系(右)相邻。它们的大小都差不多，但是像DGSAT这样的UDGs我只有很少的恒星，可以透过它们看到背景中的星系。图片：A. ROMANOWSKY/UCO/D. MARTINEZ-DELGADO/ARI
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KCWI以其极高的灵敏度和捕捉宇宙中最微弱和最远物体(如UDGs)的高分辨率光谱的能力，旨在克服这一障碍。合著者、加州大学洛杉矶分校天文学和天体物理学教授让·布罗迪(Jean Brodie)说：世界上只有另外一种具有KCWI能力的仪器，能够让我们测量低表面亮度星系的化学成分，但这颗卫星位于南半球，无法很好地看到位于北半球的DGSAT一号。KCWI进行一种被称为积分场光谱的观察，用三维而不是二维的方式获取数据。传统上，天文学家有两种研究天体的方法，一种是通过成像，另一种是通过光谱。这台仪器打破了两者之间的障碍。在一次观测中，KCWI捕获图像和图像中每个像素的光谱，从而揭示对象的物理属性，如组成、温度、速度等。
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凯克天文台首席科学家约翰·奥米拉说：我们建立KCWI就是为了这些观察;继续推进从最微弱物体中获取最多信息的前沿。我们非常兴奋地看到，可以和凯克一起研究更多像DGSAT I这样的天体，并继续改变我们对星系如何形成和随时间变化的理解。研究人员计划再次使用KCWI，这一次是对另一种类似DGSAT I的UDG进行更深入的观察，他们计划更详细地梳理它的组成，希望能解开更多的数据，帮助天文学家锁定超扩散星系(UDG)的起源。人们提出了各种各样的想法，从平凡的到奇异的。一个有趣的可能性是，这些幽灵般的星系中一些是来自宇宙黎明的活化石，那时恒星和星系出现在与今天大不相同的环境中，它们出生确实是一个迷人的谜，研究团队正在努力解决！
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参考期刊文献:《皇家天文学会月报》DOI: 10.1093/mnras/stz252
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