對於臨近星系最完整的紫外波段「人口普查」

探索 05-28

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利用哈勃空間望遠鏡的觀測數據，天文學家們給周圍的星系鄰居來了一次「人口普查」

利用了哈勃望遠鏡圖像無比的清晰度和可觀測的光譜範圍，一個國際天文團隊發表了一組對於臨近誕生行星的星系的最廣泛、高解析度的紫外波段調查。

這個研究團隊結合了哈勃望遠鏡觀測資料庫中對臨近50個在形成恆星的漩渦星系及矮星系的圖像，為研究複雜的恆星形成和星系演化過程提供了寶貴的資料。這個項目的英文全稱叫Legacy ExtraGalactic UV Survey（LEGUS），它的星表已經累計收錄了LEGUS里星系中所含的恆星，星團目錄中收集到了其中30個星系的數據，以及這些星系的圖像。這些數據提供了關於年輕的恆星、星團，以及它們演化中怎樣受到環境影響的詳細信息。

這六張圖片代表了在臨近星系中形成恆星的不同區域。這些星系都是LEGUS目錄中的一部分，LEGUS是有史以來最清晰、最全面的對於銀河系附近形成恆星的星系的紫外波段調查。這六張圖片包含了兩個矮星系（UGC 5340 和UGCA 281）以及4個大的漩渦星系（NGC 3368，NGC 3627，NGC 6744，以及NGC 4258）這些圖片混合了從哈勃望遠鏡的第三代廣域照相機（Wide Field Camera 3）以及先進巡天照相機（Advanced Camera for Surveys）的紫外波段和可見波段的光。

圖片來源: NASA/ESA/LEGUS team

像這樣的一個對於紫外線波段中恆星和星團的目錄是前所未有的。紫外線波段的數據在研究溫度最高最年輕的恆星時是最主要的信息來源，因此天文學家可以得知這些恆星的年齡從而得到一部完整的「恆星歷史」。把這兩種目錄的信息結合起來，使我們有更多的潛在可能去理解恆星的形成過程。

關於恆星究竟怎樣形成的，仍然是一個困擾著天文學家的問題。儘管我們接收到了無數恆星發出的光，但我們仍不明白恆星形成過程的很多方面。而且這甚至關乎到我們生命起源的問題——如果我們周圍沒有恆星的存在，生命不會存在。

研究團隊從多達500個星系中精挑細選出了LEGUS項目的目標星系，隨後這些星系被地面上的儀器進行調查。這些星系分布在距地球1100萬光年到5800萬光年的距離之間，是由研究團隊根據它們的質量、形成恆星速率、以及比氫氦更重的元素的丰度來選擇的。之前NASA的星系演化探測器（Galaxy Evolution Explorer， GALEX）對於紫外波段的天體的目錄也對於LUGUS目錄的列出提供了很大幫助。

研究團隊用哈勃望遠鏡的第三代廣域相機（Wide Field Camera 3）以及先進巡天照相機（Advanced Camera for Surveys）進行了長達一年的拍攝，照下了星系以及它們的質量最大的恆星們和星團們在可見波段以及紫外波段的照片。為了使這些照片更加完整，研究人員同時還用了檔案中對這些天體的可見光信息。

可見光和紫外線對於NGC 6503的對比

圖片來源：https://legus.stsci.edu/legus_observations.html

這個星團的目錄中包含了約8000個年輕星團，它們的年齡從一百萬到五億年不等，星團的質量平均要比銀河系中質量最大的星團還要大10倍。

這個恆星的目錄包括了約3900萬顆恆星，它們都至少是太陽質量的5倍。在可見光波段看，這些恆星的年齡差不多在100萬年至幾十億年之間，而那些最年輕的恆星們，也就是在100萬～1億年之間的，從紫外波段看上去格外地閃爍。

團隊的研究人員Sabbi解釋說，哈勃望遠鏡的數據為分析這些星系提供了所有信息。在編錄恆星和星團目錄的同時，他們還同時提供便於天文學家理解目錄中數據的計算機模型。比如說研究者可以調查具體某一個星系或者一組星系中恆星的形成過程，或者他們還可以從星表中推導出星系中恆星形成的歷史。這些紫外波段的照片還可以幫助天文學家識別出數據中超新星的恆星前身。

這項研究可以幫助天文學家解決的其中一個問題是，恆星形成和星系中的主要結構（比如說旋臂）之間的關係。當我們看一個漩渦星系的時候，我們並不把它看作一堆隨意分布的恆星——它是一個高度有序的結構，不管是在它的旋臂還是環上，而且這對於年輕的星族來說是尤為正確的。從另一方面來說，現在天文學家有很多潛在的理論來把獨立的星團中的恆星和星系中有序的結構聯繫在一起。

通過觀察星系的細節，也就是其中的星團，並與此同時關注著這些細節與大尺度結構之間的關係，研究人員們得以度量出星系中這些星族分布的物理參數。找到氣體和恆星形成之間的關係是理解星系演化的關鍵——研究人員著重關注著環境的影響，特別是在星團中，以及這些恆星的形成是怎樣聯繫到它們周圍的環境的。

LEGUS研究同時還將幫助天文學家理解較遠的星系，在那裡年輕恆星形成的紫外線因為宇宙膨脹紅移到了紅外波段。因此，這些臨近恆星和星團的數據將會對NASA即將投入使用的觀測紅外波段的望遠鏡——詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）——有很大幫助。

詹姆斯·韋伯望遠鏡的觀測將對LEGUS目錄起到一個補充作用——這個空間望遠鏡將穿透滿是塵埃的星系外層，帶我們從紅外線波段看到那些「嬰兒恆星」的樣子，而這些恆星是不能用可見光以及紫外線波段看到的。

參考文獻：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/astronomers-release-most-complete-UV-survey-of-nearby-galaxies

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編譯：王晴

排版：王晴

校對：劉濱陽

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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