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2014-06-22 雖小但不容忽視的宇宙早期星遽增矮星系

 
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GOODS field containing distant dwarf galaxies forming stars at an incredible rate (annotated). Image credit: NASA, ESA, the GOODS Team and M. Giavalisco (STScI/University of Massachusetts)  哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)3號廣角行星相機(Wide Field Camera 3,WFC3)最新觀測影像分析結果顯示:矮星系(dwarf galaxy)的質量和體積雖然都比典型星系還小很多,但有著劇烈恆星誕生現象的矮星系,對宇宙早期歷史有著超乎預期的影響力。

  雖然宇宙各處的星系迄今都還在形成新恆星,但絕大部分的恆星是在宇宙大霹靂(Big Bang)之後約20~60億年間誕生的。研究這段宇宙早期的歷史,是瞭解恆星如何形成、星系是如何成展與演化的關鍵。

  所謂的星遽增星系(starburst galaxies)是指星系中的恆星誕生率遠高於預期的「正常」恆星形成速率。先前的星遽增星系研究皆集中在那些中等質量或高質量的星系們,但在宇宙早期中,數量最為龐大的其實是低質量的矮星系。然而這些質量不高的矮星系本身光度就不高,再加上距離非常遙遠而使它們更為昏暗,因此非常難以探查研究。天文學家僅能觀測到距離比較近的小型星系,或是距離遠的大型星系。所幸,在以紅外波段觀測的WFC3及其特殊的棱柵光譜模式(grism spectroscopy mode)下,天文學家才能一嘗夙願,了解遙遠宇宙中這些低質量矮星系的一些特徵,與彼時的矮星系內恆星形成總量,以便推測這些矮星系們是否為星遽增星系的一員。

  瑞士洛桑聯邦理工學院(École Polytechnique Fédérale de Lausanne,EPFL)Hakim Atek等人表示:以前就推測星遽增矮星系對早期宇宙中的恆星誕生風潮有所貢獻,但這次透過WFC3的最新影像,才首度得以測量這些星遽增矮星系所具有的影響力。結果出乎大家意外:這些星遽增矮星系在宇宙中絕大多數恆星形成的這個時期內是非常重要的角色。

  這些星系的恆星形成速率之快,讓它們在短短的1億5000萬年內就可使星系內恆星總質量加倍。相較之下,在絕大多數一般星系內要達到相同的恆星質量加倍狀況,得耗費至少10~30億年才能達成,由此可見這些星遽增矮星系的恆星誕生率有多猛烈。

  這項研究結果不僅讓天文學家可深入瞭解10多年關於星系質量和恆星形成活動之間的關聯性,也讓天文學家能進一步瞭解早期宇宙中到底發生過什麼樣的事件,更能提供星系演化的線索。一個星系處在星遽增狀態其實並不尋常,這意味著它們是某奇怪事件的結果,例如:星系合併、和另一個星系有潮汐交互作用,或是超新星震波引起的連鎖反應等。天文學家們希望藉由更仔細地研究這些星系,瞭解它們如何形成、在形成早期有著什麼樣的行為模式等,可以發現造成這些星系內劇烈恆星誕生的原因,並透過這些好好瞭解整個宇宙的星系演化狀態。

資料來源:http://www.spacetelescope.org/news/heic1412/, 2014.06.19, KLC

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