宇宙100億年前的遺蹟好美啊！梅西耶106球狀星團

2020-10-18 博科園

一個由墨西哥研究人員領導的國際科學小組發現，球狀星團旋轉速度與它們所屬的螺旋星系梅西耶106(也被稱為M106或NGC 4258)盤中的氣體相同。由於它們盤狀的排列和速度，這些遙遠的物體可能是宇宙正午的遺蹟。這項研究是使用墨西哥作為合作夥伴Gran Telescopio Canarias (GTC)進行，研究結果發表在《天體物理學》(ApJ)上。Rosa Amelia Gonzalez-Lopezlira博士，墨西哥國立自治大學Morelia校區射電天文學和天體物理研究所的研究員，領導了這個項目。

本文第二作者是Divakara Mayya博士，他是美國國家天體物理、光學和電子研究所(INAOE)的研究員。該工作組包括澳大利亞、巴西、智利、丹麥、法國和德國的研究人員和學生，以及伊朗國立大學和伊朗國立大學的其他同事。岡薩雷斯-洛佩斯利拉博士解釋說：球狀星團是由10萬至100萬顆恆星組成的群體。它們是普通的物體，尤其是在大型星系中。銀河系有160個這樣的星團，但是非常大的星系可以有成千上萬個。通常，這些團簇像球一樣分布。球狀星團中的所有恆星年齡相仿，化學成分或多或少相同。

我們不知道這些星系團是如何形成，有幾種假說試圖解釋它：一種假說認為它們先於星系的形成，另一種假說認為星系團是與它們一起形成，還有一種假說認為，有些星系團是在星系合併過程中氣體碰撞時出現。例如，在銀河系中，大多數球狀星團似乎都是與星系一起形成；當一個或幾個較小的星系與它合併時，一些星系就形成了，或者是後來獲得。球狀星團是非常古老的天體，形成於大約115億年前，大爆炸之後的23億年前，在宇宙恆星形成速度達到峰值之前不久，也就是100億年前，這一時期被稱為宇宙正午。

  • M106偽彩色圖像，該圖像結合了來自WSRT的中性氫數據(藍色)和來自CFHT的光學數據(紅色和綠色)。黃色圓圈突出了觀測到的球狀星團，它們分布在一個與中性氣體速度相同的旋轉圓盤中。插圖和設計：Divakara Mayya, INAOE。圖片：Instituto de Radioastronomía y Astrofísica

星系團非常明亮，可以在很遠的距離看到，這意味著它們可以為我們提供線索，了解星系是如何在這個恆星形成最多的時期組裝起來。本研究論文是一個更大項目的一部分，該項目研究半徑為5200萬光年的9個螺旋星系的球狀星團系統。研究人員說：我們對螺旋星系中球狀星團的數量和中心黑洞質量之間的關係特別感興趣。橢圓星系的這種關係非常緊密，但在螺旋星系中就不那麼明顯了。例如，銀河系就沒有做到這一點。Gonzalez-Lopezlira說：我們將要研究的9個螺旋星系對它們黑洞質量有很好的估計，而且距離很近，用加拿大-法國-夏威夷望遠鏡(CFHT)可以很好地看到球狀星團，最初就是用CFHT進行觀測的。

這類研究開始於拍攝圖像，並根據所謂的彩色圖表尋找球狀星團候選對象。在這種情況下，除了光學濾波器，還使用了不常見的紫外和紅外濾波器。候選元素在這些圖中被選中，但是其他明顯的點源，比如恆星和遙遠的星系，可以滲透進來。因此，光譜證實了每個天體都有一個古老的同時期種群，而且它的衰退速度與它應該屬於的星系的衰退速度相一致。在GTC中使用歐西裡斯，因為這些物體非常遙遠，因此需要用世界上最大的光學望遠鏡拍攝一個多小時才能從光譜中提取信息。

奧西裡斯是一個多目標攝譜儀，一個人可以用它同時觀察幾個目標，在兩個領域共觀察了23個球狀星團候選體。這個項目的主要發現完全出乎意料，NGC 4258球狀星團並沒有分布在一個球體中，而是似乎被安排在一個與星系中性氫(HI)氣體盤同步旋轉的圓盤中，其速度幾乎與韋斯特博克合成射電望遠鏡(WSRT)觀測到的星系中性氫(HI)氣體盤一樣快，甚至在離其中心很遠的地方也是如此。這是前所未有的，這些顯然是事實，儘管必須繼續努力加以證實，這是從事科學工作時可能發生的一件非常好的事情。

由於M106星團移動的方式，它們分布的圓盤與看到100億年前恆星形成的圓盤非常相似，推測M106星團的圓盤是宇宙正午的遺蹟或遺蹟。研究人員進一步與GTC證實，M106確實存在球狀星團數量與黑洞質量之間的相關性，而且發現球狀星團的光度方法是非常好。M106中心的超大質量黑洞重達4000萬個太陽質量，是銀河系質量的10倍，比梅西耶87的150倍還要小。最後IRyA-UNAM的研究人員說：在更多的螺旋星系中進行類似研究，將會闡明幾個假設在星系、球狀星團系統和黑洞組合中所扮演的角色。

博科園-科學科普｜研究/來自: Instituto de Radioastronomía y Astrofísica

參考期刊文獻:《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab113a

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