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    迄今最清晰、最直接的证据:螺旋气体丝“喂养”着年轻星系

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      居里夫人

      星系是通过从周围环境中积累气体并将其转化为恒星而成长的,但这一过程的细节仍然模糊不清。夏威夷W. M.凯克天文台利用凯克宇宙网络成像仪(KCWI)进行的最新观测,提供了迄今为止最清晰、最直接的证据,表明冷气体丝螺旋进入年轻星系,为恒星提供燃料。加州理工学院物理学教授、《自然天文学》2019年7月1日发表该研究的新论文主要作者克里斯托弗·马丁说:我们第一次看到气体丝直接螺旋进入星系。

      迄今最清晰、最直接的证据:螺旋气体丝“喂养”着年轻星系

      这条气体管道维持着恒星的形成,解释了星系是如何在非常快的时间尺度上形成恒星。多年来,天文学家们一直在争论气体是如何进入星系中心的。当它与周围的热气体碰撞时,它会急剧升温吗?或者它是沿着薄而密的细丝流进来,保持相对的低温?

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      现代理论表明,答案可能是两者兼而有,但直到现在,证明这些冷气流的存在仍然是一个主要挑战,KCWI由加州理工学院设计和制造,是一款最先进的光谱成像相机。

      迄今最清晰、最直接的证据:螺旋气体丝“喂养”着年轻星系

      它被称为积分场单位摄谱仪,它可以使天文学家拍摄图像,使图像中的每个像素都包含分散的光谱。KCWI于2017年初安装在凯克,是宇宙网络成像仪(CWI)的继承者,该仪器自2010年以来一直在圣地亚哥附近的帕洛玛天文台运行,KCWI的空间分辨率是CWI的8倍,灵敏度是CWI的10倍。加州理工学院高级仪器科学家,合著者马特·马图谢夫斯基说:建造KCWI的主要动力是理解和表征宇宙网络,但是这个仪器非常灵活,科学家们已经用它来研究暗物质的性质,研究黑洞,并改进我们对恒星形成的理解,。

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      自从马丁读研究生时,就对星系和恒星是如何从太空中纤细的细丝网络(也就是所谓的宇宙网)中形成的问题着迷。为了找到答案,他领导了建造CWI和KCWI的团队。团队利用KCWI获取了两个活跃星系的数据,这两个星系被称为类星体,分别名为UM 287和CSO 38,但他们想研究的并不是类星体本身。这两个类星体附近都有一个巨大的星云,比银河系还大,由于类星体的强烈光照,所以可以看到。

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      通过观察氢在星云中发出的光(特别是一种叫做氢莱曼-阿尔法的原子发射线)能够绘制出气体的速度。从之前在帕洛玛的观察中,研究小组已经知道星云中存在旋转的迹象,但凯克的数据揭示了更多。当以前使用帕洛玛的CWI时,能够看到一个旋转的圆盘状气体,但无法辨认出任何细丝。现在,随着KCWI的灵敏度和分辨率提高,有了更复杂的模型,可以看到这些物体是由连接在一起的细丝流入的气体提供,这是强有力的证据,表明宇宙网与这个圆盘相连并为其提供燃料。

      迄今最清晰、最直接的证据:螺旋气体丝“喂养”着年轻星系

      研究团队建立了一个数学模型来解释在气体中看到的速度,并在UM287和CSO38以及一个模拟星系上进行了测试。花了一年多的时间才建立起数学模型来解释气体径向流动,成果是,被这个模型的工作效果震惊了。这些发现为星系形成的冷流模型,提供了迄今为止最好的证据,该模型基本上是说,冷气体可以直接流入形成星系,并在那里转化为恒星。在这个模型开始流行之前,研究人员曾提出星系吸收气体并将其加热到极高的温度。

      迄今最清晰、最直接的证据:螺旋气体丝“喂养”着年轻星系

      从那里,气体被认为逐渐冷却,为恒星提供稳定但缓慢的燃料供应。研究证明,遥远星系产生恒星的速度非常高——太快了,以至于无法用热气体的缓慢沉降和冷却来解释,而热气体是年轻星系燃料的首选模型。多年来,已经获得了越来越多的证据来证明冷流模型,研究人员给这个模型的新版本起了个外号叫‘冷流吸气’,因为看到了气体中的螺旋图案。

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      凯克天文台首席科学家约翰•奥米拉表示:这类测量正是我们想用KCWI进行的科学研究。结合了凯克望远镜的大小、强大的仪器和最佳观测天文的位置,来推动可能观察到的边界。看到这一结果尤其令人兴奋,因为直接观测流入量一直是测试星系形成和演化模型能力中缺失的一个环节,都迫不及待地想看看接下来会发生什么。新研究,由美国国家科学基金会(NSF)、凯克天文台、加州理工学院和欧洲研究委员会资助。

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