明亮星系能量从哪来?科学家利用数据模拟实验初步断定

▲图为一对相互碰撞的名为“VV705”的合并星系。天文学家们通过对一系列合并星系进行测量来确定,到底是恒星的形成过程,还是超大质量黑洞中心周围的吸积现象对星系光度的增强作用更大。对于VV705来说,他们发现其近75%的光度来自于恒星的形成活动。

当发生最剧烈的碰撞时,星系会因受激发而变得明亮,尤其在红外线波段上,这时它们是天空中最明亮的一类天体。因为光度足够高,人类能够在相隔甚远的宇宙距离之外研究它们,天文学家们也才得以推断重建出宇宙的早期活动。据英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS)日前刊发的一篇研究论文称,一系列小样本的合并星系模拟实验初步表明,活跃的星系核心(AGN)对星系整体亮度的能量贡献率有时高达90%,有时低于20%。

具体来讲,两种天体物理过程导致了辐射的增强:一是恒星形成的爆炸过程,二是对星系中心的超大质量黑洞——活跃的星系核心(an active galactic nuclei,简称AGN)——的激发助燃过程。虽然在理论上这两个过程完全不同很容易区分(比如AGN会产生温度高得多的紫外线和X射线辐射),但实际上星系尘埃会让它们原本区别很大的外貌特征变得模糊不清或暗淡无光。天文学家们经常利用星系整个辐射光谱——从紫外线到远红外线——的能量分布(spectral energy distribution,简称SED)来诊断具体辐射情形。吸收了大量辐射的尘埃也会以波长更长的红外线形式再次产生辐射,科学家们可以利用计算机代码进行模拟实验,揭示出其中数量众多的物理效应过程。

科学家推断,如果恒星的爆发是早期宇宙中明亮星系的能量来源,今天我们看到的许多恒星可能都形成于这类天体活动,如果它们的能量来源主要是AGN的激发助燃过程,这些星系应该会产生更多喷流,新生恒星的数量也会更少。

来自美国哈佛大学和史密森学会联合运营的天体物理中心(CfA)的天文学家们对24个离地球相对较近的、明亮的合并星系进行了分析,力图搞清AGN活动在多大程度上为星系发光现象提供了能量以及提供频率的高低。

结果显示,天文学家们发现在他们的星系样本中,AGN对星系整体亮度的能量贡献率有时高达90%,而在其它情况下,它低于20%,几乎可以忽略不计。该小组试图将AGN能量贡献率的大小与整个星系系统的合并阶段(从合并之初到最后合并)联系起来,然而,他们的样本数量太少,限制了其结论的普遍性。他们目前正致力于将该分析扩展到数百个合并星系,从而为该结论提供更强有力的论据支撑。

编译:Jonathan 审稿:alone

责编:南熙