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困扰天文学界有 50 年之久的谜题被解开

2020-09-10 10:41:42  来源:cnBeta

我们所在的银河系,被一团称作“麦哲伦星流”的气体所包裹。然而它的神秘起源,已经困扰天文学界有 50 年之久。有观点认为,银河系在早期蛮荒时代发生过一些混乱的事件,比如可能吞没了另一个名为“盖亚-恩克拉多斯”的星系。距今大约 24 亿年的这场事件的一个证据,就存在于绕银河系中心盘的巨大球形空间区域(即“晕轮”)中。

紫外 / X 射线下观测麦哲伦星流(图自:Scott Lucchini / Colin Legg)

天文学家在 1970 年首次发现了这条“丝带”的存在,并将之命名为麦哲伦星流。研究人员认为,它是从数十亿年前的两个矮星系(大麦哲和小麦哲伦星云)中撕裂而来。

上述星系包含了数十亿颗绕着银河系运转的恒星,并受到了其巨大引力的束缚,每隔十亿年就完成一次完整的“摆动”。

然而悉尼大学天体物理学家 Joss Bland-Hawthorn 认为,星流的主要组成部分为“冷热气体”,其中所含的恒星数量极少,使之显得很不正常。

几十年来,这个问题一直困扰着人们。太空望远镜科学研究所的天文学家 Andrew Fox,更是将之称作“半世纪难题”。

先前的研究,已经能够揭开星流的大小和形状,但难以评估其所含的质量(大约十亿个太阳质量)。然而通过建模,我们只能解释其中的十分之一。

这条宇宙丝带究竟缘起何处?又是如何变得如此庞大的呢?为揭开谜底,由 Bland-Hawthorn 和 Fox 组成的国际团队,已于本周三在《自然》杂志上公布了他们的研究结果。

借助尖端超算来模拟,研究团队认为他们可以回答这个问题。因为此前的建模,未考虑一个有助于解释缺失质量的至关重要的因素。

由于麦哲伦星云本身足够大、被热的“光晕”气体包围(就像银河系),其被形象地称作“麦哲伦之冠”(Megellanic Corona)。

左为观测数据,右为 5 亿年前至今的星流模拟(图自:Scott Lucchini)

悉尼大学天体物理学家 Thorsten TepperGarcía 补充道,结合我们对银河系基本形成理论的理解和预测,那些质量超过大麦哲伦星云的星系,几乎都可在周围看到此类光晕。

基于此,研究团队认为星流的形成可分为两个阶段。首先,在与银河系相会之前,麦哲伦星云就已经与之共舞了很久,两者彼此环绕。

后来的数十亿年时间里,大麦哲伦星云凭借自己的引力,从其它较小的星系那里吸走了较冷的气体,使之变暖并产生了热气晕。

接着其被银河系的引力所俘获,一些气晕落入了银河系、被拉伸并涂抹在了银河系的外边缘。这些炽热的光环,还解释了麦哲伦星系形成的另一个因素。

2007 年的时候,Bland-Hawthorn 及其团队开展的一项研究表明:当星流撞击银河系的热光环时,星流本该“淡出”,但事实并非如此。

这项新研究表明,麦哲伦星云周围对星流有保护作用,可将银河系的热气体推开,防止其撞到星流并使之褪色。

Bland-Hawthorn 表示,这项工作重新定义了气体是如何吸积到银河系,并形成未来恒星的储备层的。

下一步,他们将利用遥远、但非常明亮的星系,来评估麦哲伦之冠的存在和明确其元素成分。

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