谁在扼杀星系：ALMA 新研究揭示星系生死之谜
北京时间 11 月 16 日消息，在一项新研究中，天文学家借助阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）对邻近宇宙进行了调查。这是有史以来针对星系团中造星燃料的最大规模的高分辨率巡天观测研究。但更重要的是，研究人员试图解决天体物理学中一个争论已久的谜题：是什么在“扼杀”星系？这项研究提供了迄今为止最清晰的证据，表明太空中的极端环境对星系有重大影响，研究的结果将发表在近期的《天体物理学杂志增刊》（The Astrophysical Journal Supplement Series）上。
▲“室女座环境一氧化碳追溯调查”（Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide Survey，简称 VERTICO）项目观测了室女座星系团 51 个星系的气体层，发现该星系团中的极端环境正在剥夺星系形成恒星的燃料，从而“杀死”它们。在这张合成图像中，ALMA 对 VERTICO 星系分子气体盘的无线电波长观测图像被放大了 20 倍，它们叠加在室女座星系团内部热等离子体的 X 射线图像上。
这项名为“室女座环境一氧化碳追溯调查”（Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide Survey，简称 VERTICO）的研究项目，目的是更好地理解恒星的形成以及星系在宇宙中扮演的角色。“我们知道，星系正在被它们所处的环境杀死，但我们想知道为什么，”研究论文的第一作者、加拿大国家研究委员会的 Plaskett 研究员托比・布朗说，“相比以往的任何研究，VERTICO 都更好地揭示了影响分子气体的物理过程，以及它们如何决定星系的生死。”
星系是恒星的大型集合，它们的诞生、演变和死亡都受到它们在宇宙中的位置以及它们与周围环境的相互作用的影响。数百到数千个星系会组成星系团，这是宇宙中最极端的环境之一，研究星系演化的科学家对星系团尤其感兴趣。
室女座星系团是数千个星系的家园，是离银河系所在的本星系团最近的大质量星系团。极大的尺寸和距离使室女座星系团相对易于研究，但该星系团也有其他有利于观测的特征。“室女座星团有点不寻常，因为它拥有的仍在形成恒星的星系相对较多，”加拿大麦克马斯特大学教授、VERTICO 项目的联合首席研究员克里斯汀・威尔逊说，“宇宙中的许多星系团都是由红色星系主导的，几乎没有气体和恒星形成。”
▲ NGC 4567 和 NGC 4568 是室女座星系团数千个星系中的两个，距离地球约 6500 万光年。天文学家通过 VERTICO 项目观测到，这两个星系受到了极端物理过程的影响，而这些物理过程可能导致星系的死亡。在 ALMA 的合成射电数据中，这些星系的气体显示为红色/橙色，而在哈勃太空望远镜的光学数据中，恒星显示为白色/蓝色。
VERTICO 项目以高分辨率观测了室女座星系团 51 个星系的气体库，揭示了一个非常极端的环境，可以阻止整个星系形成恒星。这一过程被称为“星系猝灭”。在天文学中，猝灭指一个星系失去冷气体，从而强烈抑制恒星形成的过程。有研究显示，活跃的超大质量黑洞可能驱动了这一过程。在星系颜色-星等图中，一个常见的演化路径是从一个有很多恒星形成的蓝色螺旋星系开始，其内部的新黑洞可能开始快速增长，但不知何故使星系猝灭，星系相对快速地通过“绿谷”，最后变得更红。
在新研究中，天文学家揭示了星系猝灭的可能机制。托比・布朗说：“室女座星系团是近域宇宙中最极端的区域，充满了温度高达上百万度的等离子体，星系的运行速度极高，而且星系和周围环境之间发生着激烈的相互作用；这里是星系的‘退休村’，也堪称星系坟场。”他还补充道，VERTICO 项目揭示了气体剥离如何阻碍或停止宇宙中最重要的物理过程之一：恒星的形成。
▲ 螺旋星系 NGC 4254 是室女座星系团中数千个受到极端物理过程影响的星系之一。ALMA 的射电图像中，可以看到这个星系的分子气体呈红色/橙色；在哈勃太空望远镜的光学图像中，该星系的恒星呈白色/蓝色。
“气体剥离是最壮观和最剧烈的外部机制之一，可以阻止星系中的恒星形成，”布朗说，“当星系以极快的速度穿过星系团中的热等离子体时，就会发生气体剥离，大量的冷气体分子会从星系中剥离，就像被一把巨大的宇宙扫帚扫走一样。VERTICO 的观测具有极高的精细质量，使我们能够更清楚地看到并理解这种机制。”
该项目得到了 ALMA 的 6 波段接收器的帮助，该接收器具有较高的灵敏度和分辨率，同时能够减少所需的观测时间。这反过来又有助于大量数据的收集，而这些数据中可能包含了某些线索，能够帮助天文学家解决环境如何影响星系以及星系如何死亡的谜题。克里斯汀・威尔逊说：“多年来，关于星系团环境是否影响，以及如何影响星系中的分子气体，这些环境又如何导致它们的死亡，一直有许多值得探讨的问题。我们仍有工作要做，但我相信 VERTICO 将一劳永逸地回答这些问题。”
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