20220908 NGC 346 螺旋星群提供了進入早期宇宙的窗口

2022/09/10 39 0 天文探索 , 太空望遠鏡 , , ,

天文學家們困惑地發現一件事情,年輕的恆星正螺旋式地進入小麥哲倫星系中一個巨大的恆星群中心,該星系是銀河系的一個衛星星系。在這個巨大、形狀怪異的恆星苗圃中,螺旋的外臂被稱為 NGC 346,其可能在氣體和恆星河流般的運動中為恆星的形成提供能量。研究人員說:「這是一種促進恆星誕生的有效方式」。


▲ 這張影像由 NASA/ESA 哈伯太空望遠鏡的先進巡天照相機(Advanced Camera for Surveys,ACS)拍攝,原始大小為 1614 x 1552 px。圖中的目標名為 NGC 346,位於杜鵑座(Tucana),👉 可縮放高畫質影像(另開新分頁)

小麥哲倫星系的化學成分比銀河系更簡單,這使得它類似於在年輕宇宙中發現的星系,當時較重的元素更少。正因為如此,小麥哲倫雲中的恆星燃燒得更熱,因此它們的燃料消耗得比我們的銀河系更快。儘管小麥哲倫星系是早期宇宙的代表,但它在 20 萬光年之外也是我們最近的星系鄰居之一。

學習小麥哲倫星系中的恆星如何形成提供了一個新的轉折點,即在宇宙歷史的早期,當宇宙在大爆炸後大約 20 到 30 億年經歷「嬰兒潮」時(宇宙現在有 138 億年的歷史),可能發生了一場恆星誕生的火風暴。新的結果顯示,那裡的恆星形成過程與我們的銀河系相似。NGC 346 的直徑只有 150 光年,卻擁有 5 萬個太陽的質量。它耐人尋味的形狀和快速的恆星形成速度使天文學家們感到困惑。NASA/ESA 哈伯太空望遠鏡和歐洲南方天文台的甚大望遠鏡(VLT)聯合起來,才解開了這個看起來神秘的恆星巢穴行為。

研究負責人、巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的 Elena Sabb 解釋說:「恆星是雕琢宇宙的機器。沒有恆星我們就不會有生命,然而我們並不完全了解它們是如何形成的,我們有幾個模型進行預測,其中一些預測是相互矛盾的。我們想確定是什麼在調節恆星的形成過程,因為這些是我們需要的規律,也可以理解我們在早期宇宙中看到的情況。」

研究人員以兩種不同的方式確定了 NGC 346 中恆星的運動。利用哈伯,Sabb 和她的團隊測量了恆星在 11 年中的位置變化。這個區域的恆星以每小時 3,200 公里的平均速度移動,這意味著在 11 年裡它們移動了 3.2 億公里。這大約是地球和太陽之間距離的兩倍。

但是這個星團相對較遠,在一個鄰近的星系內。這意味著觀察到的運動非常小,因此難以測量。這些超乎尋常的精確觀測之所以能夠實現,只因為哈伯的精緻解析度和高靈敏度。另外,哈伯長達三十年的觀測歷史為天文學家提供了一條基線,可以在一段時間內跟蹤微小的天體運動。

第二個團隊是由歐洲太空總署 AURA/STScI 的 Peter Zeidler 領導,使用地面甚大望遠鏡(VLT)的多單元光譜探測器(MUSE)儀器測量徑向速度,這決定了一個物體是在接近還是在遠離觀察者。

Zeidler 說:「真正令人驚訝的是,我們使用了兩種完全不同的方法和不同的設施,基本上我們獨立得出了相同的結論。用哈伯,你可以看到恆星,但是用 MUSE,我們也可以看到第三維度的氣體運動,而且它證實了一切都在向內螺旋的理論。」

但是為什麼是螺旋形?

Zeidler 解釋說:「螺旋形確實是一種好且自然的方式,可以將恆星的形成從外部向星團的中心輸送,這是最有效的方式,恆星和氣體為更多的恆星形成提供動力,可以向中心移動。」

這次對 NGC 346 進行研究的哈伯數據有一半是存檔的。第一次觀測是在 11 年前進行的。最近又進行了重複觀測,以追蹤恆星隨時間推移的運動。鑑於望遠鏡的壽命,哈伯數據檔案現在包含了超過 32 年的天文數據,為前所未有的長期研究提供動力。

Zeidler 說:「哈伯檔案真的是一座金礦。這些年來,哈伯觀測到了許多有趣的星體形成區。鑑於哈伯的性能如此之好,我們實際上可以重複這些觀測。這可以真正推進我們對恆星形成的理解。」

用 NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行觀測,應該能夠分辨出星團中的低質量恆星,對該區域有一個更全面的了解。在韋伯的壽命期內,天文學家們將能夠重複這一實驗,並測量低質量恆星的運動。然後,他們將能夠比較高質量恆星和低質量恆星,最終了解這個育嬰室的全部動態範圍。

✎ 參考資料 · References

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