【转帖】欧洲望远镜首次发现星际飓风:比地球飓风快万倍

北京时间5月13日消息，欧洲空间局的赫歇尔望远镜是全球在轨运行的最大口径单镜面太空望远镜，最近它探测到在一些合并星系中心部位发出的超高速分子喷流，其中一些喷流的速度高达每秒1000公里，比地球上飓风快万倍。赫歇尔项目是一个由欧洲领导的国际合作计划，美国宇航局喷气推进实验室(JPL)，加州理工学院和美国海军研究实验室(NRL)也参加了相关工作。它为科学家们开启了一扇宇宙之门，让我们得以加深对宇宙中的行星、恒星和星系如何形成和演化的了解。

　　这次探测到的星系喷流是由星系内部的恒星诞生过程和中央黑洞驱使的，其强度足以将数十亿倍太阳质量的分子气体吹入太空并和星际气体发生相互作用。赫歇尔的观测显示，在一些拥有活动星系核(AGN)的星系中，这种强烈的星系飓风能吹散几乎所有的尘埃和气体物质，从而造成星系内部恒星形成过程停止，中央黑洞也得不到新的物质补给。这项发现的意义在于，它第一次找到了科学家们一直在苦苦寻觅的，有关恒星新生过程和黑洞吸积的负反馈机制。有关这一项研究的论文将发表在《天文学和天体物理学》以及《天体物理学报快报》杂志上。

星系负反馈机制

　　德国马克思·普朗克天体物理研究所(MPE)的恩克哈德·斯特拉姆(Eckhard Sturm)博士，美国海军研究实验室遥感分部的赫歇尔望远镜光学系统专家雅克·菲舍(Jacqueline Fischer)和一个国际科学家小组合作，获取了这些富含气体物质，处于合并过程的星系的太赫兹波段光谱数据。太赫兹即传统上所称的“远红外线”的电磁波，其波长介于微波和红外线之间。

　　科学小组对多个此类天体进行了观测，由于这类天体被大量气体和尘埃包裹，在红外线波段非常明亮，因此在天文学上也被称为“极亮红外星系”(ULIRGs)。这一光谱学数据是采用赫歇尔望远镜搭载的PACS设备获取的，这个设备由阿波利特·伯格里希(Albrecht Poglitsch)博士领衔的一个小组设计建造。

　　此次观测到的剧烈气流是一个明显的证据，说明星系内部存在强烈的星系风暴，这会对整个星系的整体质量和能量分布造成影响。在星系内部，这样的风暴可以出现于大量恒星新生的位置，其出现的原因可能和剧烈的恒星星风和超新星爆发有关。这种情形同样可能会发生于中央黑洞附近，物质盘旋下落进入黑洞时形成的吸积盘会由于剧烈的摩擦产生大量辐射，这种辐射产生的辐射压会将大量物质吹散。当这种外冲气流足够强大时，它会扫荡整个星系，从而导致恒星新生和黑洞吸积过程停滞，这样一来也就阻止了这种剧烈气流的形成。因此，这种剧烈的气流可以被视作一种负反馈机制，它的产生本身会阻止它的进一步维持。

　　在星系形成和演化的模型中，剧烈的外向气流是一个关键性的特征，尽管之前的其他观测中也曾探测到星系喷流，但所有这些案例中所发现的都是中性气体或离子气体，而此次则是首次观测到低温的分子气体，这是恒星新生区的标志。这一发现首次允许科学家们对这种负反馈机制在恒星新生过程中的作用进行直接的研究。

旋涡星系向椭圆星系的转变

　　一般认为，椭圆星系是由富含气体物质的漩涡星系合并后形成的。而在此过程中，极亮红外星系则充当了一个中间步骤。根据这一模型。星系合并过程中会自然的产生剧烈的星风，这和观测数据符合的非常好。另外，椭圆星系中含有大量老年恒星，缺乏气体物质，并且几乎没有恒星新生的现象存在。这种情形和漩涡星系形成鲜明对比，后者的内部充斥着新生的恒星，并且富含气体物质，这些都是形成恒星必不可少的的原材料。从旋涡星系向椭圆星系性质的转变，必然需要存在某种转变机制。剧烈的外冲气流将星系内部的气体物质一扫而光的情形就能非常好的对此进行解释。而这也正是此次赫歇尔望远镜所观测到的情形。

　　对于星系风暴的另一种符合逻辑的解释是黑洞质量和宿主星系恒星总质量之间存在的紧密正相关关系。大质量的黑洞倾向存在于大质量星系之中，而小质量黑洞的宿主星系也相应小一些。这似乎说明黑洞成长和恒星的新生是紧密关联的，两者都开始于早期的丰富气体物质储备，但随后都由于产生剧烈的外向星系风暴，将星系中的气体物质一扫而光而陷入生长停滞。

　　赫歇尔的高灵敏度和绝佳的分辨率让科学家们首次得以测量出这种剧烈星系风暴的多普勒效应值，从而让研究人员确信它们的强度足以扫荡整个星系中的气体物质。科学家们通过对羟基(OH)的光谱线分析来实现对这些星系风暴的追踪。PACS设备惊人的光谱分辨率让天文学家们能清晰地辨认出这些物质由于角度和运动的差异而导致的红移或蓝移谱线。通过分析，科学家们惊奇的发现这些星系风暴的速度高达每秒1000公里，如此剧烈的风暴足以每年清扫出相当于数百个太阳质量的星系内部气体。

尚需进一步验证

　　观测获取的高分辨率数据显示，那些速度相对较低的喷流可能和星系内部的恒星形成活动有关，而那些高速喷流则可能是活动星系核(AGN)导致的。并且比较明亮的AGN似乎比较暗的AGN能以更快的速度向外清扫气体物质。但有关这些数据结果的确认还需要选取更多样本进行验证性观测。

　　尽管还需要进行更多样本星系的观测，但是赫歇尔已经获取的早期观测数据已经显示，在那些具备强烈活动星系核信号的星系中，这种星系飓风吹散气体物质的速率远高于其星系内部形成新恒星的速率。这样便似乎能够提供一种有效的机制来耗尽其气体物质储备，以便其演化成为贫气体的椭圆星系。在星系合并的案例中，这种由于星系风暴导致的负反馈机制可以在不到1000万年的时间内便使恒星的新生过程几乎完全停止。这样的结果和椭圆星系的观测特征非常吻合：低温气体物质匮乏，老年恒星所占比例很高。