发布单位:台北市立天文科学教育馆

  哈勃太空望远镜团队发布了一张三合星系统HP Tau影像,3颗耀眼的恒星从反射星云的空腔中闪耀而出,看起来就像一个闪闪发光的宇宙晶洞。HP Tau是一个三合星系统,位于金牛座,距离我们约550光年,此系统也称为EPIC 247592463、TIC 118521708或IRAS 04328+2248,由变星HP Tau、HP Tau G2和HP Tau G3组成。HP Tau被称为金牛T变星(T Tauri star),是一种年轻的变星,尚未开始核融合,但已开始演化成类似太阳的氢燃料恒星。金牛T变星的年龄往往小于1000万岁,相较之下我们的太阳约有46亿岁,而且经常被发现仍包裹在它们所形成的尘埃和气体云中。

哈勃太空望远镜所拍摄三合星系统HP Tau影像。This NASA Hubble Space Telescope image captures a triple-star star system. Credit: NASA, ESA, G. Duchene (Universite de Grenoble I); Image Processing: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)
图说:哈勃太空望远镜所拍摄三合星系统HP Tau影像。图片来源:NASA, ESA, G. Duchene (Universite de Grenoble I);影像处理:Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

  和所有变星一样,HP Tau的亮度会随着时间而变化。众所周知,金牛T变星的亮度既有周期性也有随机的波动,这些随机的变化可能是由正在发育的年轻恒星的混乱性质造成的,例如恒星周围尘埃和气体吸积盘的不稳定性、吸积盘中的物质落到恒星上并被消耗,以及恒星表面的闪焰耀斑。而周期性变化可能是由巨大的太阳黑子在视线内外旋转造成的。

  反射星云本身并不会发出可见光,而是单纯反射附近恒星的光,就像汽车前灯的光芒照亮的雾气一样。哈伯对HP Tau的研究是作为原行星盘调查的一部分,原行星盘是恒星周围的物质盘,经过数百万年凝聚成行星。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  这是天文学家首次发现大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。

  当大质量恒星接近生命尽头时,由于自身引力的急剧坍缩,引发一场超新星爆炸。天文学家相信,在这爆炸剧变之后,剩下的是恒星的超高密度核心残骸。根据恒星的质量,这高密度核心残骸可能是一颗中子星,密度高到一茶匙的大小重约一兆公斤;或者是一个黑洞,一个引力场大到连光都无法逃离的天体。虽然过去有模型和线索支持这一理论,例如在蟹状星云中发现的中子星,但以前从未真实观察到致密天体生成的过程,这使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接证据一直难以捉摸。

  2022年5月,南非业余天文学家Berto Monard在距离7500万光年的星系NGC 157的螺旋臂中发现了超新星SN 2022jli。随后两个独立的研究团队(Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024)将注意力转向这次爆炸的后续,并发现它具有独特的行为,进而发现了大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。在爆炸之后,大多数超新星的亮度会随时间逐渐减弱,通常呈现出「平滑、渐进的下降」的光曲线。但SN 2022jli的行为却非常奇特:随着总体亮度的降低,其变化呈现非连续平滑的趋势,而是每隔约12天上下摆动一次,形成交替出现的明亮和减暗的序列。这是超新星光曲线中首次检测到的重复周期振荡。Moore和Chen两个团队都认为,SN 2022jli系统中存在多颗恒星可能解释了这种行为。实际上,大质量恒星与伴星相互环绕是相当普遍的,被称为双星系统,而SN 2022jli也不例外。然而,引人注目的地方在于,观测发现其系统中氢气呈现周期性运动和周期性的伽马射线爆发,这显示伴星似乎在超新星爆炸过程中幸存,并且可能持续与另一颗超新星互相绕行。尽管无法直接观测到致密天体本身的光,但这种能量激增只能归因于一颗看不见的中子星,或者可能是一个黑洞,定期吸引伴星氢气大气层中的物质,导致氢气的周期性运动和伽马射线的爆发,并在研究人员的数据中表现为亮度的周期波动。这项研究就像是透过收集所有可能的证据解开一个谜题:在超新星爆炸时,黑洞或中子星的存在得到了确认。

这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。This artist’s impression shows the process by which a massive star within a binary system becomes a supernova. This series of events occurred in the supernova SN 2022jli, and was revealed to researchers through observations with ESO’s Very Large Telescope (VLT) and New Technology Telescope (NTT). After a massive star exploded as a supernova, it left behind a compact object — a neutron star or a black hole. The companion star survived the explosion, but its atmosphere became puffier as a result. The compact object and its companion star continued to orbit one another, with the compact object regularly stealing matter from the other’s puffy atmosphere. This accretion of matter was seen in the researchers’ data as regular fluctuations of brightness, as well as periodic movements of hydrogen gas. Credit: ESO/L. Calçada
图说:这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。Credit: ESO/L. Calçada

  这次的研究观测资料主要利用了欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)新技术望远镜(NTT)进行观测。随着黑洞或中子星的存在得到确认,SN 2022jli系统还有很多需要揭示的事情,包括致密天体的确切性质,以及这个双星系统可能面临的结局。期待下一代望远镜,如ESO的极大望远镜(ELT),将有助于解开这个谜团,让天文学家揭示这个独特系统的前所未见的细节。(编译/台北天文馆段皓元)

资料来源:ESO Press Release

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家发现一些十分活跃的大范围恒星形成区,竟然都位于小型的矮星系中。经研究后认为,原因是位于矮星系中恒星形成区的恒星,当到达演化末期时,较高比例的恒星不会产生超新星爆发,而是物质落入核心塌缩所形成的黑洞。如此矮星系中的恒星形成区,星际物质较不易被超新星爆发吹散,消散的速度会比一般星系中的恒星形成区延迟约1,000万年左右。

剑鱼座30,又称为蜘蛛星云,是一个位于大麦哲伦星系的大型恒星形成区。影像来源:ESA。
图说:剑鱼座30,又称为蜘蛛星云,是一个位于大麦哲伦星系的大型恒星形成区。影像来源:ESA

  换句话说,矮星系更能够在长时间中保留恒星形成区的分子云和气体,让恒星形成区域不断扩大、活跃程度不断升高,进而产生更多的恒星。在本星系群的矮星系中就存在大范围的恒星形成区域,包括距离我们约16万光年,位于大麦哲伦星系的蜘蛛星云(Tarantula Nebula),以及距离我们约1000万光年,位于星系NGC 2366中的马克仁71(Markarian 71)。

矮星系NGC 2366。影像来源:ESA。
图说:矮星系NGC 2366。影像来源:ESA

  在恒星形成区会产生各种质量的恒星,包括大质量恒星。当它们进入演化末期的终点时,会产生超新星爆发,之后遗留下中子星,或是直接形成黑洞。由于矮星系的恒星形成速率比一般的星系低,产生超新星爆发的机率也较低,因此星系中星际物质的重金属含量也会较低。而根据研究结果显示,在星际物质金属含量较低的环境诞生的大质量恒星,在演化末期产生超新星爆发的比例也会较低。因此,受到前述的两种因素影响,造成在矮星系的恒星形成区中,由于产生超新星爆发的机率低,导致被爆发所吹散的星际物质会较少,间接地让更多的星际尘埃气体遗留在恒星形成区,延长恒星持续形成的时间而产出更多恒星。

  上述结论可以说明为什么在宇宙形成初期诞生的星系虽然都比较小,但是却含有多量的星际物质。而且,在其中恒星频繁地产生且金属含量较低。(编译/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Space.com

论文连结:The Astrophysical Journal

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  只要是韦伯望远镜所拍摄的图照,从不会令人失望。詹姆斯·韦伯太空望远镜凭借着强大的性能,不断地提供视觉效果与科学价值兼具的观测结果。本次韦伯展示出由一颗年轻恒星两极喷出的超音速双极喷流精细图照。若将喷流本身含入周遭的其他构造,此天体统称为赫比格-哈罗211 (HH 211)。HH 211位于距地球约1,000光年,遍布恒星形成区的英仙座巨大分子云中。

天文学家借由韦伯太空望远镜在近红外线的优异观测性能,展示出由HH 211所喷出的双极喷流精细构造。NASA’s James Webb Space Telescope’s high resolution, near-infrared look at Herbig-Haro 211 reveals exquisite detail of the outflow of a young star, an infantile analogue of our sun. (Image credit: ESA/Webb, NASA, CSA, Tom Ray (Dublin))
图说:天文学家借由韦伯太空望远镜在近红外线的优异观测性能,展示出由 HH 211所喷出的双极喷流精细构造。图照来源:ESA/Webb

  原始恒星形成时,会不断地因重力吸引、聚积周遭的星际尘埃而逐渐增大。但同时也会借由双极喷流的产生,将物质直接以超音速抛出,并射入周遭浓密的星际物质,形成许多亮丽而多彩的涡流与冲击波。研究人员表示,HH 211是目前所观测过拥有双极喷流的原始恒星中,最年轻的,理所当然就成为韦伯望远镜展现近红外线观测能力的绝佳目标。

  天文学家分析韦伯太空望远镜的观测数据后,发现此原始恒星可能是一对双星,而且它们所产生的喷流速度,比在恒星演化末期,由老恒星所产生的喷流速度慢得多。也由于这些年轻恒星的喷流速度较慢,因此所产生的冲击波无法分解破坏富含于周遭星际尘埃中的氢分子,与一氧化碳,一氧化硅等分子。目前HH 211正快速地演化,随着喷流中的旧涡流消退,新涡流又开始产生了。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Space.com

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  韦伯太空望远镜捕捉到了NGC 5068惊人的影像,NGC 5068又称为ESO 576-29、LEDA 46400或UGCA 345,其直径超过45,000光年,距离我们约2,200万光年,位于室女座,是一个正面朝向我们的棒旋星系,由威廉·赫歇尔所发现。

NGC 5068由韦伯MIRI和NIRCam所拍摄的合成图。This image of NGC 5068 is a composite from two of Webb’s instruments, MIRI and NIRCam. Image credit: NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team.
图说:NGC 5068由韦伯MIRI和NIRCam所拍摄的合成图。图片来源:NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team

  韦伯的天文学家表示在NGC 5068中心明亮的恒星形成区域之影像,是建立天文宝库活动的一部分,是附近星系中恒星形成的观测资料库。这些观测结果对我们特别有价值的原因有二,其一是因为恒星的形成是天文学中许多领域的基础,从恒星之间稀薄等离子体的物理学到整个星系的演化。透过观察附近星系中恒星的形成,天文学家希望使用韦伯第一批可用数据来启动重大科学进展。其二是韦伯的观测建立在使用其他望远镜如哈勃太空望远镜和地面天文台的研究之上。天文学家使用韦伯的中红外成像-光谱仪(MIRI)和近红外相机(NIRCam)来观察NGC 5068及其附近18个恒星形成星系的影像,将这些图像与1万个来自哈勃望远镜的星团影像、2万个甚大望远镜(VLT)恒星形成发射星云的光谱图,以及12,000个来自阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)暗且致密的分子云观测结果识别。这些观测跨越了电磁波谱,为天文学家提供了前所未有的机会来拼凑恒星形成的细节。

  韦伯的优势能够看透包裹着新生恒星的气体和尘埃而进行观察,因此适合探索支配恒星形成的过程。恒星和行星系统诞生于旋转的气体和尘埃云中,但这些气体和尘埃对哈勃或是VLT等可见光天文台来说却是不透明无法穿透的。而韦伯的这两台仪器在红外波长下的敏锐视野,使让我们能够直接看到NGC 5068中巨大的尘埃云,并捕捉到其恒星形成的过程。(编译/台北天文馆赵瑞青)

这张NGC 5068由韦伯太空望远镜MIRI拍摄,其尘埃结构和包含新形成星团的发光气体气泡特别明显。In this image of NGC 5068, from Webb’s MIRI instrument, the dusty structure of the spiral galaxy and glowing bubbles of gas containing newly-formed star clusters are particularly prominent. Three asteroid trails intrude into this image, represented as tiny blue-green-red dots. Image credit: NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team.
图说:这张NGC 5068由韦伯太空望远镜MIRI拍摄,其尘埃结构和包含新形成星团的发光气体气泡特别明显。图片来源:NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team

这张NGC 5068由韦伯太空望远镜NIRCam拍摄,此星系被大量的恒星群所包围,其中最密集的是沿着其明亮的中央棒状,以及被内部年轻恒星照亮的红色气体云。This view of NGC 5068, from Webb’s NIRCam instrument, is studded by the galaxy’s massive population of stars, most dense along its bright central bar, along with burning red clouds of gas illuminated by young stars within. Image credit: NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team.
图说:这张NGC 5068由韦伯太空望远镜NIRCam拍摄,此星系被大量的恒星群所包围,其中最密集的是沿着其明亮的中央棒状,以及被内部年轻恒星照亮的红色气体云。图片来源:NASA / ESA / CSA / Webb / J. Lee / PHANGS-JWST Team

资料来源:SCI NEWS

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家使用韦伯远镜拍摄北落师门周围温暖的尘埃,发现这些尘埃结构比太阳系的小行星和柯伊伯带要复杂得多,3个嵌套带从恒星延伸至230亿公里,这是地球到太阳距离的150倍,最外层尘埃盘的规模约是柯伊伯带的两倍,而前所未见的内层盘,则由韦伯首次揭示。

  北落师门位于南鱼座,是秋季南天中最明亮的一颗星,距离太阳约25光年。尘埃盘是较大天体碰撞产生的碎片,类似小行星和彗星,常被称为「残屑盘」。研究人员表示北落师门有类似于我们行星系统的成分,若能拍摄到足够深的照片,透过观察这些环,将有助于勾勒出一个行星系统的样子。之前哈勃、赫歇尔太空望远镜及阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)都曾拍摄过最外层盘的清晰影像,但却从未发现其内部有任何结构。韦伯首次用红外光看到了这些内部区域灰尘产生的热辉光。

由韦伯中红外成像-光谱仪(MIRI)所拍摄围绕着北落师门的残屑盘影像,显示了3个嵌套带,从恒星延伸到230亿公里。右侧突显出来的巨大尘埃云为红外波段影像,分别为23微米和25.5微米。图片来源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像处理:A. Pagan (STScI)。This image of the dusty debris disk surrounding the young star Fomalhaut is from Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI). It reveals three nested belts extending out to 14 billion miles (23 billion kilometers) from the star. The inner belts – which had never been seen before – were revealed by Webb for the first time. Labels at left indicate the individual features. At right, a great dust cloud is highlighted and pullouts show it in two infrared wavelengths: 23 and 25.5 microns. Credits: NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona). Image processing: A. Pagan (STScI)
图说:由韦伯中红外成像-光谱仪(MIRI)所拍摄围绕着北落师门的残屑盘影像,显示了3个嵌套带,从恒星延伸到230亿公里。右侧突显出来的巨大尘埃云为红外波段影像,分别为23微米和25.5微米。图片来源:NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona)。影像处理:A. Pagan (STScI)。

  哈勃、ALMA和韦伯望远镜正合作对一些恒星周围的残屑盘进行全面的观测。研究团队表示借助哈勃和ALMA可以对类似柯伊伯带的物体进行成像,我们已经了解大量关于外盘如何形成和演化的讯息,但仍需要韦伯对小行星带成像,以了解这些圆盘内部的温暖区域。这些尘埃盘很可能是由看不见的行星产生的引力凋刻而成的,如同太阳系内部,木星包围着小行星带,柯伊伯带的内缘由海王星塑造,而外缘则可能由小行星带之外尚未发现的天体所包围。透过韦伯拍摄到更多的系统,将使我们可以更加了解其行星的配置。

  北落师门的尘埃环于1983年由红外线天文卫星(IRAS)观测时发现。研究人员认为这颗恒星周围可能有一个非常有趣的行星系统,并且从未想过有第二个中间带和更宽的小行星带如此复杂的结构。这种结构非常令人兴奋,因为当天文学家看到圆盘中的缝隙和环时,会认为可能有一颗嵌入的行星在塑造环!

  韦伯还拍摄称之为「大尘埃云」的影像,这可能是两个原行星体在外环发生碰撞的证据,这与2008年哈勃首次在外环内发现的疑似行星不同,随后哈勃在2014年发现该物体已消失。而合理的解释是这个新发现的特征与之前的特征一样,是由两个冰冷的天体相互碰撞而产生非常细小的尘埃颗粒组成不断膨胀的尘埃云。

  围绕恒星原行星盘的想法可追溯到1700年代后期,当时天文学家伊曼努尔‧康德(Immanuel Kant)和皮耶-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)提出星云假说,太阳和行星由旋转的气体云形成,这些气体云由于重力而坍塌变平,随着行星的形成和系统中原始气体的扩散,残屑盘随后形成。像小行星这样的小天体正在发生灾难性的碰撞,并将其表面粉碎成巨大的尘埃云和其他碎片。对其尘埃的观察为系外行星系统的结构提供了独特的线索,可以延伸至地球大小的行星甚至小行星,因这些行星太小而无法单独被看到。相关研究成果发表于《Nature Astronomy》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家使用甚大望远镜(VLT)发现3个非常遥远的气体云,当时宇宙的年龄仅为其当前年龄的10~15%,并且其化学成分与天文学家对第一代恒星爆炸的预期相符。这是我们有史以来第一次在非常遥远的气体云中,识别出第一代恒星爆炸的化学痕迹,这些发现将使我们更加了解大爆炸后第一代恒星的性质。

艺术家对遥远气体云的想像图,其中包含不同的化学元素,用各种原子的示意图来说明。This artist’s impression shows a distant gas cloud that contains different chemical elements, illustrated here with schematic representations of various atoms. Image Credit: L. Calçada / M. Kornmesser / ESO.
图说:艺术家对遥远气体云的想像图,其中包含不同的化学元素,用各种原子的示意图来说明。图片来源:ESO/L. Calçada, M. Kornmesser

  宇宙中形成的第一批恒星,也称为第三星族星,与我们今天看到的恒星非常不同。当它们在135亿年前出现时,只包含了自然界中最简单的化学元素氢和氦,这些恒星的质量约是太阳的数十倍或数百倍,因核融合而产生的重元素,将随着超新星爆炸扩散到太空之中。后代的恒星就是从这些气体中诞生,并在它们死亡时释放出更重的元素。

  根据这些早期恒星的质量和它们爆炸的能量,第一代超新星会释放出不同的化学元素,如存在于恒星外层的碳、氧和镁,但其中一些爆炸的能量不足以释出更重的元素,如只存在于恒星核心的铁。为了寻找这些低能超新星的恒星迹象,将目标对准了贫铁但富含其他元素的遥远气体云。天文学家在遥远的三片气体云中找到了这些特征,它们可以追溯到大爆炸后的头10到20亿年左右,其铁很少但碳和其他元素却很多,这与古代恒星非常吻合。研究人员表示此发现开辟了间接研究第一代恒星性质的新途径,充分补充了我们对银河系中恒星的研究。相关研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

当类星体的光穿过气体云时,其中的化学元素会吸收不同的颜色或波长,从而在类星体的光谱中留下暗线。每种元素都会留下一组不同的谱线。透过研究光谱,天文学家可以计算出中间气体云的化学成分。Credit: ESO/L. Calçada
图说:当类星体的光穿过气体云时,其中的化学元素会吸收不同的颜色或波长,从而在类星体的光谱中留下暗线。每种元素都会留下一组不同的谱线。透过研究光谱,天文学家可以计算出中间气体云的化学成分。图片来源:ESO/L. Calçada

资料来源:SCI NEWS

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家首次发现,当一颗垂死的恒星吞没并摧毁一颗行星时,就会发出闪光。恒星演化理论模型指出,当恒星进入死亡阶段时,体积会膨胀到原来的几百倍,并吞噬它所经过的一切,然后喷出它的外层物质,之后坍缩成炽热的恒星残骸。

一颗行星围绕母恒星运行(左图),随着时间推移,恒星不断膨胀,影响行星的轨道,直到相互作用产生可探测的光度变化。A planet orbits its star (left), which expands over time, affecting the planet's orbit, eventually growing until the interaction produces detectable changes in light (International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld)
图说:一颗行星围绕母恒星运行(左图),随着时间推移,恒星不断膨胀,影响行星的轨道,直到相互作用产生可探测的光度变化。(图片来源:International Gemini Observatory/NOIRLab/ NSF/AURA/P. Marenfeld)

  这与描述太阳生命结束时的演化模型是一致的。麻省理工学院的天体物理学家Kishalay De说:「我们正在目睹地球的未来,如果其他文明在太阳吞噬地球的时候,从一万光年外观察地球,便会看到由于太阳喷射出一些物质导致突然变亮的闪焰,然后在它周围形成尘埃,接着它又恢复原状。」在太阳系,这个过程预计将在数十亿年后发生,太阳预计会膨胀到火星的轨道,并在途中吞没水星、金星和地球。

  之前的观测捕捉到这些行星被吞噬之前和之后的阶段,但这是首次看到正在吞噬的行为。这颗名为ZTF SLRN-2020的类太阳恒星距离约一万两千光年,被认为吞没了一颗质量约为木星10倍的气态巨行星。这颗恒星的亮度迅速增加了100倍,然后迅速消失,发出明亮且持续很长时间的红外光。

  首先,De由史维基瞬态设施(Zwicky Transient Facility,ZTF)发现这颗恒星在10天内亮度增加100多倍,接着又再次变暗。当这颗恒星吞噬了这颗行星时,它不断膨胀的外壳继续冷却,并在恒星周围形成了尘埃云,这给出了帕洛马山天文台(Palomar Observatory)观测到的长期红外光特征。

  研究人员将这类事件命名为低光度红新星(subluminous red novae),并相信ZTF SLRN-2020可帮助了解行星吞没对后期恒星的亮度、化学成分和旋转速度的影响。他们估计低光度红新星每年会出现0.1到几次,既然知道它们的模样,未来可能会发现更多。该研究已发表在《自然》期刊上。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  一个国际科学家团队在星系外部观测到分子气体的「冷流」(cold stream),证实了星系内恒星形成的理论,并发表在《科学》期刊上。该团队使用了阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)的无线电波望远镜阵列来观测冷流,并进一步了解其性质。

宇宙冷气体流和巨大的蚁丘星系相连接。由ALMA探测到的气体流中的碳原子放射以蓝色区块表示。这条气体流从右上角向下延伸,跨越了近50万光年。紫色范围表示蚁丘星系周围聚集了大量气体,而单个的小星系则用灰色表示。为了便于比较,右下角显示了与我们银河系大小相同比例的星系。Cosmic stream of cold gas connected to the massive Anthill Galaxy. Emission from carbon atoms in the stream is highlighted in blue, as detected with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). The stream stretches from the top-right corner downward across almost half a million light-years. The purple colors represent a large reservoir of accumulated gas around the Anthill Galaxy, while individual small galaxies are shown in gray. For comparison, the rendition of a galaxy the size of our Milky Way Galaxy is shown at the same scale in the top-left corner. Credit: B. Emonts (NRAO/AUI/NSF)
图说:宇宙冷气体流和巨大的蚁丘星系相连接。由ALMA探测到的气体流中的碳原子放射以蓝色区块表示。这条气体流从右上角向下延伸,跨越了近50万光年。紫色范围表示蚁丘星系周围聚集了大量气体,而单个的小星系则用灰色表示。为了便于比较,右下角显示了与我们银河系大小相同比例的星系。资料来源:B. Emonts (NRAO/AUI/NSF)

  多年来,太空科学家一直认为,冷气体流在太空中形成,有时会落入星系,在那里它们为恒星的形成提供了食物。由于这些气体流的寒冷特性,要证明理论是正确的一直很困难,因它们的分辨率非常低。此外,它们含盖的范围很广,很难放大观察。尽管存在这些障碍,这项研究还是发现了这样一个气体流,为4C 41.17的星系提供食物的证据。该星系也被称为蚁丘星系(Anthill Galaxy),因为是由许多小星系组成,这些星系最终会在引力作用下合并成一个大质量星系。这是一个非常遥远的星系,距离地球约120亿光年,它的光在大爆炸后大约15亿年出现。因此,对它的观察使我们能够瞥见宇宙历史中非常遥远的阶段。

  为了找到这个气体流,他们必须把ALMA的无线电阵列尽可能靠近拉在一起,这样就可以在观测气体流全貌的同时,也观测到其中的恒星。他们测量出气体流的长度为50万光年。研究人员认为,此气体流主要由碳组成,尽管无法确认其所有成分,也无法确认其来源。他们所能看到的,正如理论所预测的那样,这股冷流正在落入星系内。

  研究人员计划利用ALMA继续研究,或使用新墨西哥州的甚大阵列,希望在气体流中发现在理论上也提到的一氧化碳,并发现更多的特征。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  我们可以提出的最有趣问题之一是:生命是如何形成的?为了回答这个问题,科学家们回顾了生命的基本化学组成成分,包括水、碳基有机分子、硅酸盐等等。韦伯太空望远镜让我们得以一窥新生恒星周围的气体、冰粒和尘埃,并发现有机分子存在于其中。

  韦伯的数据将改变我们对新形成恒星化学的理解,这是因为韦伯探测到原恒星MIRI 15398-3359周围有机分子的存在,该原恒星位于距离我们约500光年的Lupus 1分子云(也被称为B228)中。韦伯发现吸收特征,表明存在水、甲醇、氨和甲烷冰。此外还有乙醇和乙醛,以及一氧化碳和水蒸气。这些都是复杂的有机分子,可以结合形成生命的基石。

韦伯太空望远镜 (JWST) 获得的原恒星(左上角的橙色区域;与本研究中的原恒星不同)假色图像。JWST使用红外仪器研究原恒星如何形成冰(蓝色)的化学成分。图片来源:NASA、ESA、CSA
图说:韦伯太空望远镜 (JWST) 获得的原恒星(左上角的橙色区域;与本研究中的原恒星不同)假色图像。JWST使用红外仪器研究原恒星如何形成冰(蓝色)的化学成分。图片来源:NASA、ESA、CSA

使用其他分子追踪恒星活动

  由于这是一颗新生的原恒星,它显示出双极喷流,韦伯也发现了铁、氖、硅和氢气等物质的发射谱线。MIRI 15398-3359像许多其他原恒星一样,仍在吸收其它的物质。

  这不是天文学家第一次观测到生命化学物质的原始材料,其他气体和尘埃似乎也显示出这些复杂的化学物质,但是,韦伯的精美数据显示了更多的细节。

形成有机分子

  日本研究机构RIKEN的研究团队分析这颗新形成原恒星的韦伯数据,他们得出结论:这些复杂的有机分子在气体和尘埃中的冰粒表面形成,当原恒星加热这些分子时,它们就会离开冰粒,盘旋进入气体和尘埃 。

  RIKEN的恒星与行星形成实验室的Yao-Lun Yang表示:我们希望获得这种形成途径的明确证据,而韦伯太空望远镜提供了这样的最佳机会。

  为了了解这颗原恒星正在发生的事情,Yang和研究团队使用了韦伯中红外仪器 (MIRI)在2022年的观测数据。这并不是望远镜第一次观察MIRI 15398-3359,之前的观测已经在气相中发现了其中一些化学物质。MIRI更深入地观测气体与尘埃,以识别处于冰相的这些物种。

初见婴儿星

  恒星诞生的过程长期以来一直被这些化学物质所在的尘埃所掩盖,MIRI可以更深入地观测尘埃,它提供了恒星形成过程中更早期的化学演化情形,据Yang表示:这些喷出物可能只有170年的历史,它确实让天文学家很好地了解新生恒星活跃的时间如此之早。对气态和冰形式的复杂有机化学物质的观察也让科学家们更了解恒星诞生地中发生的化学演化。

  随着恒星演化的进展,以及可能在MIRI 15398-3359周围的原恒星盘中形成行星,韦伯应该能够继续观测它。追踪这些行星上生命的形成将需要科学家追踪那些复杂的有机分子从气体到行星表面的持续演化,这是理解从恒星形成到生命诞生的漫长道路上的一个非常有重要的突破。Yang表示:我们将开始了解有机化学是如何出现,还有揭示对于类似太阳系的行星系统之持久影响。(编译/台北天文馆施欣岚)

资料来源:Universe Today