研究人員發現了高效形成恆星的關鍵:位於星系深處的磁場
研究人員在合併星系Arp 220的深處發現了磁場,表明這些磁場可能是高效形成恆星的關鍵,就像一個宇宙蓋子,防止恆星形成物質”沸騰”。利用夏威夷亞毫米波陣列觀測到的這項突破,可以解釋為什麼有些星係比其他星系更有效地形成恆星。
天文學家發現了恆星形成過程中一種長期缺失的成分,就好比高壓鍋在製作完美蒸熟的聖誕布丁過程中所扮演的角色。
就像高壓鍋蓋子上的重物能鎖住壓力,為烹飪創造理想的環境一樣,磁場可能在星系合併過程中發揮著至關重要的作用,為新恆星的形成創造條件。
雖然這種想法已經被理論化了很多年,但直到現在,這種磁場的直接證據仍然很難找到。

聖誕布丁是英國節慶期間的傳統甜點,口感濃鬱。 它由乾果、香料、羊油和白蘭地等酒精製成,要經過數小時的蒸煮才能形成其深厚的風味。 通常與奶油凍或白蘭地黃油一起食用,是節日的主菜。
由帝國學院的大衛-克萊門茨(David Clements)博士領導的一個國際研究小組在星系合併系統Arp 220 的核心探測到了氣體和塵埃組成的緻密圓盤內的磁場,該磁場跨越數百光年。
他們說,這些區域可能是使相互作用星系的中心恰到好處地將大量氫氣烹飪成年輕恆星的關鍵。 這是因為磁場可能能夠阻止合併星系核心中恆星形成的強烈爆發,當熱量升得過高時,磁場就會有效地”沸騰”。
揭示這項發現的新論文於12月20日發表在《皇家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。

天文學家在兩個合併星系系統Arp 220(如圖)的深處發現了與幾百光年寬的氣體和塵埃圓盤相關的磁場證據。 資料來源:NASA、ESA、哈伯遺產(STScl/AURA)、ESA、哈伯合作組織和A. Evans(維吉尼亞大學,夏洛特斯維爾/NRAO/紐約布魯克大學)
克萊門茨博士說:”這是我們第一次在星系合併的核心發現磁場的證據,但這項發現只是一個起點。我們現在需要更好的模型,並了解其他星系合併中發生的情況。 “
在解釋磁場在恆星形成中的作用時,他打了一個烹飪的比喻。
「如果想在短時間內烹飪出大量恆星(聖誕布丁),你需要把大量氣體(或配料)擠壓在一起。這就是我們在合併的核心中看到的現象。」克萊門茨博士說:”但是,隨著來自年輕恆星(或你的炊具)的熱量增加,一切都會沸騰,氣體(或布丁混合物)就會散開。為了阻止這種情況發生,你需要添加一些東西來把它們固定在一起–星系中的磁場,或高壓鍋的蓋子和重量。

圖片顯示亞毫米波陣列連續波段中Arp 220 的強度(彩色),並疊加了偏振向量(左)。 影像中的偏振向量旋轉了90 度,以顯示磁場的方向。 資料來源:DL Clements et al.
長期以來,天文學家一直在尋找一種神奇的成分,它能讓某些星係比正常情況下更有效地形成恆星。
星系合併的一個問題是,它們可以非常迅速地形成恆星,也就是所謂的”星爆”。 這意味著從恆星形成率和星系中恆星質量之間的關係來看,它們的表現與其他恆星形成星係不同–它們似乎比非星爆星系更有效地將氣體轉化為恆星。 天文學家對為什麼會發生這種情況感到困惑。
一種可能是,磁場可以作為一種額外的”束縛力”,將恆星形成氣體更長時間地吸附在一起,抵禦氣體在被年輕、熾熱的恆星或大質量恆星死亡時被超新星加熱而膨脹和消散的趨勢。
理論模型以前曾提出過這種觀點,但新的觀測結果首次表明,至少有一個星系存在磁場。

夏威夷茂納凱亞島上的亞毫米波陣列。 資料來源:SMA/J. Weintroub
研究人員利用夏威夷毛納凱亞島上的亞毫米波陣列(SMA)探測了超亮度紅外線星系Arp 220 的深處。
SMA 的設計目的是拍攝波長約1 毫米的光影像,它位於紅外線波長和射電波長之間。 這為觀察包括超大質量黑洞以及恆星和行星的誕生在內的各種天文現像打開了一扇窗。
Arp 220 是銀河系外遠紅外線天空中最亮的天體之一,它是兩個富含氣體的螺旋星系合併的結果,合併引發了合併核區的星爆活動。
銀河系外遠紅外線天空是一種宇宙背景輻射,由遙遠星系的塵埃發射的綜合光組成。 所有星光中約有一半出現在遠紅外線波段。
研究團隊下一步將利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列(ALMA)–觀測冷宇宙中分子氣體和塵埃的最強大望遠鏡–搜尋其他超亮紅外線星系的磁場。
這是因為比Arp 220 次亮的本地超亮度紅外線星係要暗四倍或更多。
研究人員希望,透過他們的研究成果和進一步的觀測,磁場在本宇宙中一些最亮星系中的作用將變得更加清晰。
編譯自/ ScitechDail