
背景星系的熱產生的光使得科學家能夠探索星系是如何自我供給的。在這張藝術家印象圖里,氣體穿過星際介質到達星系中央。
美國太空網報道,如果星系只有它們形成時的氣體量,那么它們在制造恒星時很快就會燃燒掉所有的氣體供給。天文學家一直懷疑星系會從周圍宇宙吸取資源以自我維持,但獲得這樣的證據一直都非常具有挑戰性。然而,一項最新的方法使得科學家能夠理解星系是如何持續運行的。利用另一個背景星系的明亮中央部分的照明,科學家發現了星系自我補充供給的目前最好的觀測結果。
天文學家小組利用了歐洲南方天文臺位于智利的甚大望遠鏡研究位于南方天空杜鵑星座的兩個天體。這個名為類星體的異常明亮的源屬于由超大質量黑洞驅動的星系中央的一部分。透過前景星系,類星體發出的光不僅揭示了物質流入星系,還解釋了它的運動以及組成。
“這些冷卻的氣體——主要是氫原子——非常稀薄以至于非常難監測。”研究首席作者、法國圖盧茲天體物理學與行星學研究所的尼古拉斯·布謝(Nicolas Bouché)這樣說道。
在此之前,天文學家利用規則的星系作為背景閃光。但由于這樣的星系更加昏暗,背景源只限于最明亮的星系。利用最明亮的類星體——在這里是指HE2243-60——具有兩個優勢。“我們可以研究環繞任何星系的氣體,無論它的亮度是多少,” 布謝說道。這樣的匹配將會揭示氣體的位置,也就是布謝所謂的“至關重要的信息”。
利用類星體還使得科學家能夠研究更加遙遠的星系。年輕星系大約距離銀河系110億光年遠,這相當于可見宇宙寬度的80%。“這是非常年輕的星系,大約出現在宇宙大爆炸后的20億年,它目前仍然處于形成階段。”
之前的觀測揭示了其他星系周圍氣體的存在,但布謝的研究小組能夠論證環繞前景星系的周圍氣體其實是逐漸靠近星系的,而非遠離星系。隨著氣體逐漸向內移動,它的速度也逐漸增加,直到最后達到環繞星系旋轉的速度。
這些氣體并非立即朝星系中央沖去,而是聚集在星系暈,花費大約4億年的時間到達星系中央。一旦到達那里,它就變成形成新恒星的原材料。發現向內涌入的氣體的確出乎天文學家的意料,因為它們包含比之前模型預測的更加復雜的元素。這些元素在恒星內部形成,并且在恒星爆炸性死亡后散落四處,有的時候甚至從母星系中漂浮出來。“這暗示著5億年或者10億年之前存在原始星系氣體和流出的氣體之間的混合。” 布謝說道。
這個最新的觀測方法提供了更為細節研究的機會,但它自身也存在局限性。“不幸的是,這樣明顯的恒星氣體對的數量,也就是背景類星體恰好位于星系天空的短距離內,非常罕見,”現存的配對必須表現出氣體以向外流、不斷累積或者其它類似結構的形式存在的跡象。布謝和他的研究小組打算利用一系列不同的望遠鏡和設備繼續對類似星系進行研究。他們還打算利用歐洲航天局的多組分光探測器進行更為細節的觀測,后者將于2013年晚期或者2014年早期投入使用。“這意味著我們能夠描繪出星系際氣體,多虧了這些設備的空前的高度敏感性。” 布謝說道。
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