MUSE揭示星系碰撞背後的故事

原文標題：MUSE Reveals True Story Behind Galactic Crash

原文作者：Michele Fumagalli，Matteo Fossati；Richard Hook

來自：ESO官網； 發表時間：2014.11.10

翻譯：gohomeman1 審校：數星星的貓 （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）

歐洲南方天文台（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）上的多目標光譜探測儀（MUSE），為研究者呈現了一個壯觀的宇宙撞車事件的迄今最佳圖像。新觀測首次展示了星系ESO 137-001高速穿過大型星系團時，其被扯出氣體的運動情況。研究結果正是一個長期存在之謎的關鍵答案——為何星系團中的恆星誕生活動被（快速）終止了？

MUSE獲得的ESO 137-001的圖像，紅綠代表相對移動。大圖：949KB，版權：ESO，研究者團隊。

由Michele Fumagalli領導的研究者團隊，率先使用了ESO安裝在甚大望遠鏡（VLT）上的多單元積分場光譜探測儀（MUSE，Muse在西方是音樂文藝和美術女神，譯註）。米切爾（Michele）是國際天文學河外星系群成員，在英國達拉謨（Durham）大學的計算宇宙學研究所任職。研究者使用MUSE觀測了位於南天南三角座的ESO 137-001星系，這個旋渦星系離地球約有2.0億光年。研究團隊獲得了該星系正在撞入后髮座星系團時的最佳實況圖像。MUSE不但提供了迄今最好的星系圖像，還提供了光譜——把每個像素點按波長展開（就像Muse不但是音樂女神，也是文藝女神）。由於此儀器每次能收集近9萬條光譜，因此它能提供被觀測天體史無前例的的運動和其他性質的細節分布圖（注1）。ESO 137-001因所謂的「衝壓效應」而大量損失其原始物質，該過程發生在物體高速穿過氣體或液體的時候，就像狗把頭伸出高速行駛的汽車時，風把狗毛吹向後方一樣。本例中的氣體是瀰漫於整個星系團中廣袤熾熱而極為稀薄的等離子體，而ESO 137-100以約3000km/s的高速落入其中（注2）。此星系因衝壓效應而損失了大部分氣體——它們是形成下一代恆星尤其是藍巨星的基礎原料。ESO 137-001正處於星系變臉過程中，從一個富含氣體的藍色星系轉變為缺乏氣體的星系。科學家提出，觀測到的過程有助於解決一項長期存在的科學之謎。

哈勃和錢德拉X線望遠鏡拍攝的星系，可以看到明顯的多條氣體尾。巨圖：161MB。

Fumagalli 解釋說：「現代天文學的主要課題之一，就是弄清星系團中的星系從藍色演變為紅色的時間為何非常短？抓住一個恰好處於這種轉變階段的星系，我們就能審視期間發生了什麼。」要觀測到如此的宇宙奇景，絕非易事。后髮座星系團所在的天區靠近銀河系盤面，所以它們大量地被銀河系本身的氣體和塵埃所遮蔽。但有了智利帕拉奈爾天文台8米口徑VLT上的MUSE女神相助，科學家就不但能探測到星系內部和周圍的氣體，還能觀測到它們是如何運動的。這台新光譜儀是如此的多才多藝，1小時的觀測時間不僅取得了星系本身的高解析度圖像，也同時獲得了其中氣體的分布和運行情況。觀測顯示，ESO 137-100的外圍氣體早已枯竭。當該星系高速落入星系團中心區域時，星系團中瀰漫的高達數百萬度的極稀薄氣體，把星系本身的冷氣體盡數吹離。這個過程首先發生於恆星數量明顯少於核心的星系旋臂外圍，那裡的引力只能抓住少量的氣體。而星系的核心區，引力仍舊夠強，能夠在這場巨型宇宙拔河比賽中，長期維持住氣體，因此它們還能被觀測到。最終，所有的星系氣體都將被一掃而光，形成拖在ESO 137-001後方的明亮氣流——這個正在進行的劫掠過程的證據。星系本身的冷氣體被高速吹離，與熾熱的星系間等離子體混合，產生壯觀的尾巴，延伸到20萬光年外。團隊深入研究了這些氣流，以更好地理解這種相互作用產生的湍流。

PDF插圖：星系本身紅移與氣體流紅移的比較。

插圖的解釋：圖中的紅藍色是根據光譜紅移值計算出的紅移值，與平均值比較後相對值。紅色代表遠離我們，藍色代表靠近我們。左圖的小框中是星系本身的相對值，可以看出星系的紅移值與尾部紅移值是對應的。右圖是測量誤差值。MUSE儀對這些氣體團的觀測顯示出令人驚訝的現象：被吹離星系的氣體團，仍舊保持著與星系本身一致的旋轉；研究者進一步確定，ESO 137-001剩餘恆星的旋轉維持不變。這進一步證明是星系間氣體而不是引力，應為剝離星系本身的氣體負責（注3）。研究報告合作者、德國加爾興市慕尼黑大學天文台兼馬克斯—普朗克研究院地外物理研究所的Matteo Fossati總結道：「有了MUSE的詳盡數據，我們已接近徹底了解此類衝撞過程。我們看到了星系和氣體運動的細節——如果沒有獨一無二的MUSE女神，這是完全不可能的。這次和未來進一步的觀測，將幫助我們更好地設想是什麼在驅動星系的演化。」團隊的研究報告發表在2014.11.10出版的《皇家天文學會月度通訊》期刊上，標題： 「MUSE偷窺極端壓縮事件第1#：對原型星系ESO 137-001的運動學研究」。附註1、MUSE是安裝在.8米口徑的甚大望遠鏡（VLT）上的首個大型積分場光譜儀。作為對比，此前對ESO 137-001的光譜研究從未超過50條光譜（或50個採樣點，而本例是9萬個點!）。2、美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的哈勃太空望遠鏡拍攝過此星系壯觀而精細的圖像，但它不能像MUSE，不能揭示其中物質的運動。3、假如引力在此剝離過程中扮演主要角色，研究者將看到星系本身（旋渦）結構的破壞。