天文学家发现远古的旋涡星系

萝莉Small_Lo

一个古老的旋涡星系为自然界形成宏图结构的机理提供了又一条撩人的证据。
透过望远镜观测我们的宇宙近邻，你会看到大量漂亮的宏图旋涡星系。梅西耶星表中的M51、M81以及M101全都在脑海中浮现了出来，也许更可能的是M101，因为去年这里刚刚爆发了一颗超新星。不过如果将望远镜对准稍稍远离宇宙后院的地方，你会发现优雅的旋涡状盘星系渐渐会让位于团块状的不规则星系。因此当天文学家在年龄只有3亿年的宇宙中发现闪现的宏图旋涡星系时，他们被愉悦地震撼了。

艺术家笔下生活在宇宙年龄只有30亿年之时的的宏图旋涡星系BX442。左上方矮伴星系的近距离通过可能引发了旋臂的形成。（图片提供：Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics / Joe Bergeron）

虽然距离很远，哈勃太空望远镜和夏威夷的凯克II号望远镜还是清晰观测到了星系Q2343-BX442的旋涡结构。在7月19日的《自然》杂志上，论文作者总结道，由于使用凯克望远镜的OSIRIS光谱仪进行的测量证实，星系旋臂确实在环绕中央的核球旋转，因此旋涡形的外观并不是两个盘状星系偶然重合的结果。
从各个方面看去，BX442都是一个漂亮的普通星系。它的直径是52000光年，这个旋涡星系尺度大约是银河系的一半。旋臂产生恒星的速率是银河系邻居们的30倍，不过这样的高产星率与远古宇宙中其他产星团块星系相当。
BX442唯一一个不同寻常的地方就是，它存在在那里。该星系是研究小组使用哈勃望远镜观测的距离相近的306个星系中唯一一个具有规则旋涡结构的。天文学家认为，在早期宇宙中，旋涡结构很罕见，因为新近形成的星系趋向湍动，不适合规则的结构。星系中的很多恒星会在规则的椭圆轨道上环绕核球运行，但是其他恒星的路径是随机的，与星系整体的自转不符。结果是，星系会变得“蓬松”，难以将恒星和气体驾驭成旋涡图样。

上面的艺术插图是基于这张BX442的假彩色照片绘制的，照片结合了哈勃太空望远镜以及夏威夷凯克望远镜的观测。（与艺术插图相比，真实的照片略略斜置了。）（图片提供：David Law / Dunlap Insitute for Astronomy & Astrophysics）

但是凯克的分光观测表明，BX442确实是蓬松的。那么蓬松的星系是如何将气体和恒星排布成此等大规模旋臂的？论文作者基于计算机模拟，提出路过的一个矮星系（图中位于BX442的左上方）的引力作用可能会扰动星系，恰好让旋涡结构形成。这样的旋涡结构因此是短命的，在模拟中存在时间不超过1亿年，这也许能解释为什么在早期宇宙中旋涡星系难以寻觅。
加州大学欧文（Irvine）分校的星系演化专家詹姆斯·布洛克（James Bullock）指出，如果要产生旋涡星系，星系盘初始状态必须要相对稳定。布洛克并未参与此项研究。去年，布洛克与他的同事提出，银河系的旋涡结构可能是其与人马座矮星系相互作用的结果。在早期宇宙中，很少能有稳定的星系与邻近星系发生正确的相互作用以形成旋臂。他说：“劳（Law）与他的同事看起来找到了一枚罕见的珍宝！”