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職老:看起來越遠的就越早,紅衣越大--所以是減速膨脹
送交者: 職老 2010年01月15日12:40:49 於 [教育學術] 發送悄悄話

雖然宇宙仍然在膨脹中,星系距離加大。但這種膨脹是減速的。

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由英國達拉謨大學(University of Durham)領導的一個天文學家小組,已經在距離我們115億光年以外的一個星系中,觀測到一場壯觀爆炸的後果。他們的觀測結果發表在2005年7月14日的《自然(Nature)》雜誌中,提供了迄今最直接的證據,表明一個星系幾乎被一場爆炸所扯碎,這場爆炸產生出一股高速移動的物質,被稱為“超級星風”。這些觀測是利用拉帕爾瑪島上4.2米的威廉·赫歇耳望遠鏡(William Herschel Telescope)完成的。

藉由超級星風,星系被認為會以每秒高達幾百英里的速度,將自身氣體中很大的一部分吹散到星系際空間之中。它們背後的驅動力量,就是在星系生命早期 ,密集爆發的恆星形成過程之中,眾多大質量恆星的爆炸,也許星系中心正在增長的超大質量黑洞也起到了推波助瀾的作用。

超級星風對於星系形成理論的重要性,在於以下幾個原因:首先,它們阻止了進一步的恆星形成,限制了星系的大小——沒有它們,理論模型所預言的極明亮星系,就會比今天在宇宙中實際看到的數量遠多得多。其次,它們將恆星產生的重元素——恆星塵埃從恆星周圍帶走,遠遠地送入到星系際空間之中,為遍布宇宙的行星和生命提供了原料。在理論學家們預言此類超級星風存在的同時,此前的觀測卻只在鄰近的星系中找到了 一些規模小得多的案例。這次的觀測,為這些可以追溯到宇宙如此早期歷史之中的大尺度、星系大小的超級星風,提供了迄今最為直接的一些證據。

這個超極星風存在於一個名叫“LAB-2”的星系之中,是通過觀測其星系暈中的氣體而發現的。這團氣體的寬度超過300,000光年,大約比我們銀河系的星盤大了三倍。天文學家們發現,熾熱氫氣所發出的光線被減弱了,這種亮度減弱以一種非常奇特的方式橫貫整個星系。

“我們相信這種亮度減弱是由一個冷卻的物質殼層所產生,這些物質是從周圍的環境之中,被一場星系大小的超級星風爆炸清掃出來的,”達拉謨大學的理查德·韋爾曼博士(Richard Wilman)說。“根據這些吸收遍布星系的均勻一致性,這場爆炸似乎發生於幾億年之前。這使得氣體擁有足夠的時間冷卻下來,從拋射的高速度中減慢下來, 從而產生了吸收。就像我們所看到的,這個殼層大概位於主星系前方幾十萬光年的位置上,”韋爾曼博士補充說。

天文學家們早就困惑於,為什麼形成行星和最終生命的關鍵元素(比如碳、氧和鐵)在宇宙中的分布是如此的廣泛;大爆炸之後僅僅20億年,偏遠的星系際空間之中,這些元素的含量就已經大大增加了。這個星系中被觀測到的超 級星風向我們展示了,這類衝擊波是如何攜帶着星系深處形成的元素,在廣袤的空間中穿行的。

在整個星系的二維投影上獲取氣體詳細信息的能力,對於這項發現及其解釋是至關重要的。一種被稱為整場光譜儀(integral field spectroscopy)的技術使得這項觀測成為可能,目前這種技術只有在世界最大的望遠鏡上才達到了成熟的地步。

達拉謨研究小組的關鍵成員,尤里斯·傑森(Joris Gerssen)博士解釋說,“大部分天文光譜儀是通過在目標上放置一個小孔,或者一條狹縫來完成測量的,這對於一個複雜的延展源,比如這個星系來說,就只能給出一個相當不完整的畫面。”

為了克服這一點,天文學家們使用了一台被稱為“索倫(Sauron)”的積分場光譜儀,來對鄰近星系進行大範圍掃描。這個設備是由里昂天文台建造的,合作夥伴包括了法國、荷蘭和英國的天文學家們。

傑森博士補充說,“索倫確實是獨一無二的,它的高效率意味着,它完全可以與世界上最大望遠鏡上的設備相媲美,那些望遠鏡的大小是威廉·赫歇耳望遠鏡的兩倍。不過,我們目標星系的 遙遠距離意味着,為了完成這項發現,索倫必須凝視這個星系超過15個小時之久。”

“索倫已經向我們提供了迄今最好的證據:一個經歷過大型星爆的星系產生了一個大規模外流。這些測量是理解星系形成物理的第一個步驟之一,”牛津大學的羅傑·戴維斯教授(Roger Davies)評論說,牛津大學也參與過索倫的開發工作,“我們期望能夠使用一台類似的、為8米望遠鏡建造的2維光譜儀;這將使我們可以探測更早期的星系形成過程。”

到目前為止,遙遠宇宙中年輕星系超級星風的觀測證據大都是間接的或者是推斷出來的;科學家們正在努力從星系和星系際氣體的大規模巡天之中,尋找它們微妙的統計學印記。

按照發起這項研究的達拉謨大學計算宇宙研究所的理查德·鮑爾教授(Richard Bower)的說法,“天文學家們已經在遙遠的恆星形成星系中觀測到了高速(氣體)外流,但此前我們還從來沒有在對單個星系的觀測中測出它們的真實尺度。利用這個星系的超大範圍發射源,我們能夠在整個星系的背景上看到外流的某種剪影。這暗示了超級星風確實像星系一樣巨大,它們也確實像我們的理論所要求的那樣重要。”

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