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天文学家第一次发现发光的星系“幽灵”

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发表于 2019-11-3 03:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
天文学家第一次发现发光的星系“幽灵”[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]

[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]From: [color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]James Geach
原理
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许多人都听过这样一个经典的鬼故事:一群幽灵猎人前往一座相传闹鬼的老房子,但在彻底地搜索之后,他们失望地离开了,因为并没有任何鬼魂出现。直到后来,当他们翻阅在老房子里拍摄的照片时,惊恐地发现原来那个神秘的幽灵一直在楼梯上凝望着他们。
在一项新的研究中,天文学家也经历了一次类似的事件,只是它带给我们的是惊喜而非惊恐。在对一个熟悉的星系进行观测后,研究人员惊讶地发现了一个巨大的“幽灵”。


2
我们的身体、地球和周围所有的物质世界都是由一种叫做“重子”的粒子构成的。重子物质就是“普通”物质,它指的是那些由三个夸克组成的复合粒子。
假如你能把宇宙中所有的重子都放在一个罐子里,然后从中随机选择一个粒子,你认为它会是从哪里来的?它会不会来自另一个人?又或者来自另一颗行星?然而事实却是,重子很可能来自星系之间的空间。这是因为宇宙中90%的重子都是在星系之外。
在宇宙只有几十万岁的时候,重子物质和暗物质构成了宇宙中的大部分物质,它们混合在几乎均匀的迷雾之中。它们在微小的密度涨落下泛起涟漪,随着时间的推移,涨落在引力的作用下被放大,从而形成了穿过宇宙的细丝网络。



                               
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对宇宙中气体的大尺度分布的模拟。星系形成于宇宙网中密集的节点上,推动气体外流向星系周介质流回。
| 图片来源:Jim Geach & Rob Crain

我们将这种网络称为宇宙网。在宇宙网密度最高的地方,星系形成了。大爆炸后的几亿年后,在这些星系中,恒星中的氢开始燃烧,核聚变产生了包括碳和氧在内的重元素。剧烈的恒星爆炸形成了其他的重元素。在星系的中心,超大质量黑洞通过积累重子而成长,并在此过程中释放能量。
年轻恒星的光芒、超新星爆炸和黑洞的强度都有重要的影响:它们驱动着气体在星系中流进和流出。这些过程对于调节星系的成长和在恒星之间混合不同的化学元素是必不可少的。没有这样的混合,我们就不会存在。我们血液中的一些铁来自超新星,碳来自早已死亡的恒星的灰烬……正如卡尔·萨根所说的那样:“我们都是星尘”。
一些气体流在恒星形成和黑洞成长的驱动下可以逃离星系,这些被称为星系风的星系外流会进入“星系周介质(CGM)”,这是星际介质(恒星之间的物质)和更广泛的星系际介质(星系之间的物质)之间的界面。这些风将星系中形成的重元素带到CGM中,其中的一些元素会在稍后“落”回来,也许会进入到新的恒星系统中;而其余的则永远地留在了星系际空间中。


3
这一过程的细节可用计算机模拟来详尽地呈现,并且我们也可以对真实宇宙中星系周围的外流进行测量,但是我们还没能在非常大的尺度上直接观测到它们。直到现在。
天文学家使用了位于夏威夷的一个名为KCWI的仪器来对星系进行观测,他们观测的那个星系是天文学家已经研究了一段时间的星系样本的一部分。天文学家之所以对这些星系感兴趣,是因为它们正以每秒1000公里甚至更高的速度向外喷出气体。并且与大多数星系相比,它们非常致密。天文学家认为这些星系中的大多数都是由两个星系碰撞合并而形成的。
研究所用到的KCWI并非普通的相机。它负责测量望远镜收集的光谱,将光分散到不同的频率或颜色。这使得他们可以看到比传统的成像相机更多的东西。
当天文学家第一次看到KCWI的数据时,他们瞬间起了鸡皮疙瘩。虽然他们预期到了应该会有新的发现,但仍被眼前的结果震撼。环绕星系的是一片巨大的发光气体云,形似沙漏,直径宽约30多万光年。这个发光的巨大星云使中心星系相形见绌,但如果不是KCWI,天文学家根本不会注意到它的存在。


                               
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用KCWI的数据所绘制的图,显示出了巨大的Makani星云和快速的外流。
| 图片来源:Jim Geach, David Tree, Peter Richardson, Games and Visual Effects Research Lab, University of Hertfordshire

当然,这里并不是像文章开头故事中所描绘的超自然现象。根据光的颜色或频率,天文学家推断出它是由氧离子发射的。分析表明,星云的形成是两种不同的气体外流从中央星系传播到CGM的结果。他们把星云命名为Makani,在夏威夷语中意为风
现在,天文学家需要对更多像Makani这样的天体进行观测。已经有越来越多的研究人员加入了这场对其他潜伏在宇宙中的幽灵的搜寻之中。


撰文:James Geach(赫特福德大学天体物理副教授)原文标题为“How we discovered a glowing galactic ghoul”,原文链接:https://theconversation.com/how- ... lactic-ghoul-121827,中文内容略有修改,仅供参考,一切内容以原文为准。



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