天文學家解開了困擾半個世紀的麥哲倫星流之謎

天文學家解開了困擾半個世紀的麥哲倫星流之謎

麥哲倫星流是1972年發現,鄰近麥哲倫雲的中性氫 (HI) 氣體,這些氣體看起來很長、很直,並且高度偏極化。幾十年來,關於麥哲倫星流的質量問題一直困擾著天文學家,而新的研究團隊似乎解開了答案。

我們所在的銀河系,被一團稱作「麥哲倫星流」的氣體所包裹。然而它的神秘起源,已經困擾天文學界有 50 年之久。有觀點認為,銀河系在早期蠻荒時代發生過一些混亂的事件,比如可能吞沒了另一個名為「蓋亞-恩克拉多斯」的星系。距今大約 24 億年的這場事件的一個證據,就存在於繞銀河系中心盤的巨大球形空間區域(即「暈輪」)中。

麥哲倫星流(圖自:Scott Lucchini / Colin Legg)

天文學家在 1970 年首次發現了這條「絲帶」的存在,並將之命名為麥哲倫星流。研究人員認為,它是從數十億年前的兩個矮星系(大麥哲和小麥哲倫星雲)中撕裂而來。上述星系包含了數十億顆繞著銀河系運轉的恆星,並受到了其巨大引力的束縛,每隔十億年就完成一次完整的「擺動」。

然而雪梨大學天體物理學家 Joss Bland-Hawthorn 認為,星流的主要組成部分為「冷熱氣體」,其中所含的恆星數量極少,使之顯得很不正常。

幾十年來,這個問題一直困擾著人們。太空望遠鏡科學研究所的天文學家 Andrew Fox,更是將之稱作「半世紀難題」。

先前的研究,已經能夠揭開星流的大小和形狀,但難以評估其所含的質量(大約十億個太陽質量)。然而通過建模,我們只能解釋其中的十分之一。

這條宇宙絲帶究竟緣起何處?又是如何變得如此龐大的呢?為揭開謎底,由 Bland-Hawthorn 和 Fox 組成的國際團隊,已於本週三在《自然》雜誌上公佈了他們的研究結果。

借助超級電腦的運算來模擬,研究團隊認為他們可以回答這個問題。雖然先前已經有團隊嘗試過,但之前的團隊並未考慮一個重要的因素。

由於麥哲倫星雲本身足夠大、被熱的「光暈」氣體包圍(就像銀河系),其被形象地稱作「麥哲倫之冠」(Megellanic Corona)。

天文學家解開了困擾半個世紀的麥哲倫星流之謎

左為觀測數據,右為 5 億年前至今的星流模擬(圖自:Scott Lucchini)

天體物理學家 Thorsten TepperGarcía 補充表示,結合我們對銀河系基本形成理論的理解和預測,那些質量超過大麥哲倫星雲的星系,幾乎都可在周圍看到此類光暈。

基於此,研究團隊認為星流的形成可分為兩個階段。首先,在與銀河系相會之前,麥哲倫星雲就已經與之共舞了很久,兩者彼此環繞。

後來的數十億年時間裡,大麥哲倫星雲憑藉自己的引力,從其它較小的星系那裡吸走了較冷的氣體,使之變暖並產生了熱氣暈。

接著其被銀河系的引力所俘獲,一些氣暈落入了銀河系、被拉伸並塗抹在了銀河系的外邊緣。這些熾熱的光環,還解釋了麥哲倫星系形成的另一個因素。

2007 年的時候,Bland-Hawthorn 及其團隊的一項研究表明:當星流撞擊銀河系的熱光環時,星流本該「淡出」,但事實並非如此。這項新研究表明,麥哲倫星雲周圍對星流有保護作用,可將銀河系的熱氣體推開,防止其撞到星流並使之褪色。

Bland-Hawthorn 表示,這項工作重新定義了氣體是如何吸積到銀河系,並形成未來恆星的儲備層的。下一步,他們將利用遙遠、但非常明亮的星系,來評估麥哲倫之冠的存在和確定其元素成分。

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