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标  题: [新闻] 哈柏扯破鬼星系面具
发信站: 批踢踢实业 (2012/07/26 Thu 14:19:33)

哈柏扯破鬼星系面具

就在银河系外不远处，有些非常黯淡的超小矮星系，那里的恒星数量非常少，长久以来，
天文学者对於这些矮星系的恒星数量为何极低的现象一直很好奇。

这些貌似鬼影(可能是因为人「烟」稀少，像一座座鬼城而得名)的星系，一般都认定它们
是宇宙中「最微小、最古老、又最原始」的星系。过去10年以来，在SDSS (Sloan
Digital Sky Survey:史隆数位巡天计画)的电脑全自动全天扫瞄的协助下，一部分这类型
的星系初步已被发现，而更进一步想知道为什麽在这些星系中恒星的数量超低，则或许可
由哈柏太空望远镜来帮忙解答。

经过哈柏望远镜的□定得知，这三个幼小星系里的恒星出生时间差不多都是同一年代，它
们开始形成恒星的时间大约都是在130亿年前左右，然後在宇宙大霹雳开始起算10亿年之
後，突然间，它们集体退场，开始不再玩恒星形成的游戏。

像这样的星系，现在却成为一个特别的证据使我们能得知，宇宙早期曾有过一段「过渡期
」，该期间发生了一些特别的事情，让一些微星系里的恒星制造工厂被迫停摆。这些星系
的年纪都差不多一样的古老，如今看来，当时它们彷佛集体被一座断头台之类的东西给齐
头砍断似的，因在同一时间内，它们的恒星形成过程全都一律中断了。同样地，也是在这
段时间里，第一代恒星烧掉冷氢气雾，而那个过程被称为再电离。根据这个研究的主持人
Tom Brown表示，若要解释这个现象，再电离可能是个最好的说明。

宇宙的再电离自大霹雳後约10亿年左右开始。在此时期中，第一代恒星发出辐射，剥离了
原始氢原子的电子，像这样的冷氢气的电离过程，可使氢气体在紫外线中变成是透明的。

就像在这篇最新研究发现论文中所看到的现象一样，然而，相当讽刺的是，启动了宇宙再
电离的这种辐射，另一方面似乎却也打压著矮星系里的恒星生成。这些小得异常的星系，
诞生时间大约是在再电离时期即将开始前大约1亿年时，当时微星系们才刚开始吐出新恒
星。这些小星系非常迷你，宽度只有2千光年，它就像位在银河系附近那些较为明亮的矮
星系的「缩小版」，两者间彼此有著彷佛表兄弟般的类似。不过，和它们的大个头表兄弟
相比之下，这些不会制造恒星的小个头星系，因为质量不够，并没有办法抗御紫外线的猛
烈袭击，当紫外线如洪水扫街经过这些小个头星系时，小星系连仅有的一点点气体也被紫
外线掠劫一空！如此一来，供应气体的源头完全匮乏，小星系也就不能再制造新恒星了。

其次，这个研究的发现还能解释另一个天文学家同样略感疑惑的一个现象，也就是所谓的
「卫星星系消失」的问题。长期以来，虽然在模拟中做出来的预测结果显示著银河系附近
应该有几千个矮星系，但在观测中，我们一向能观测到的却大约只有几十个而已。其中一
个可能性就是：在那上千个矮星系当中，很多「最迷你」等级的矮星系全有著很低很低的
恒星生成率-或者是根本没有任何恒星生成，这对於要想观测到这类矮星系来说，显然无
异於雪上加霜。

最近史隆数位巡天计画在银河系附近初步发现了十多个这种恒星数量超低的矮星系，不过
这还只是该计画完成1/4巡天扫瞄时所得到的结果，由此可推论，如果整个天区都完成扫
瞄的话，这种矮星系的数量应该会增加到几十个。再者，现在又找到了在这些最小的矮星
系中有著恒星形成「遭到打压中断」的证据，这就使得天文学家可以进一步推论，或许「
完全没有恒星形成的矮星系」，数量更是应该高达几千个之多也说不定。

STSI(太空望远镜科学研究所)研究员表示，在那些受观测的矮星系中针对它们的恒星形成
历史进行测量所获得的结果是，哈柏望远镜终於能确认，在那些团块最小的矮星系里，它
们的恒星形成活动的确是会在「再电离」中被完全中断。这个理论预测早先便已存在，如
今藉由观测获得证实。

矮星系像是早期宇宙留下来的化石，它们几十亿年来都没发生任何改变，它和银河系附近
大部分有著相当长的恒星形成历史的星系们不尽相同。

在化石矮星系中，它们所蕴含的恒星数量大约只有几百到几千颗而已，亮度不太一定，若
拿我们的恒星太阳来与之相比，从更暗到更亮的都有。虽然说以恒星数量论，这些星系奇
缺恒星无比，但是它们却有丰富的暗物质，而星系却正是靠这些暗物质所架撑起来的。在
银河系附近的正常矮星系含有的暗物质是比普通物质多约10倍(所谓「普通物质」指的就
是那些构成气体和恒星的物质)。但是超暗矮星系却不一样，它的暗物质和普通物质之间
的比例高达100:1。正如同Brown等人所进行的这个研究中所显示的，小星系大部份组成成
分都是暗物质，这是因为它们的氢气体已经电离，恒星也无法发光，在史隆巡天计划发现
它们之前，这些暗物质孤岛已经默不作声地和我们银河系长相左右了长达几10亿年之久。

刚发现这些星系时，天文学家曾提出多种解释，以说明这些星系的恒星为什麽会那麽少。
有些人相信这种现象是来自星系内部动力学所造成，譬如像是因为超新星爆炸，把制造恒
星所需的气体给吹出来了。有些人主张星系只不过是刚刚好用光了所有气体，而它们的气
体量本来也不是很多。更有一部分人认为星系是诞生於早期宇宙，在「再电离期间」，把
恒星形成的功能给关闭了。

接下来， 天文学研究人员在地面观测方面取得了一些进展，因为他们找到在两个新发现
的星系中有清晰的证据显示有著非常古老的恒星。这使Brown团队决定使用哈柏的先进巡
天相机深入到6个星系里面去详细看一些星族，以便能得知它们的诞生时间。目前为止
Brown团队已完成其中3个星系的资料分析：武仙座(Hercules)， Leo IV， 和大熊座
(Ursa Major)。此3个星系和地球的距离大约33万到49万光年远。

Brown团队是用分析亮度和颜色的方式来测量恒星年龄的，他将这些星系里的恒星和位在
26000光年以外一个古老的M92球状星团里的恒星加以比较，M92是宇宙中最古老的天体之
一，年纪至少在130亿岁以上，而分析结果显示，这3个星系里的恒星的年龄和M92里的恒
星是同等古老。

超暗矮星系里的恒星分布很稀疏，这正是为什麽没有人用哈柏望远镜来观测它们的原因。
不过Brown团队却反而觉得超暗矮星系可以是哈柏相当好的观测目标，原因是哈柏有针对
恒星年龄做精密□定的能力。虽然一张张哈柏照片时乍看之下，里头几乎很难找到恒星，
「但重点是我们找到的少数几颗却已经能告知我们星系的年龄是多少。」(Lauren译）

图说：三张由哈柏望远镜取得的图像，显示出一个暗淡，恒星数量很少的矮星系: Leo IV
。左图显示星系的局部，白色矩形框长宽为163ｘ 83光年，中间图像是左图白色矩形框的
放大。Leo IV这颗矮星系里的恒星，在邻近恒星以及遥远的背景星系相衬下，显得相当黯
淡。右图则仅显示出Leo IV矮星系里的恒星。该恒星含有几千颗恒星，主要由类似太阳的
较暗的红矮星或者一些比太阳亮的红巨星组成。Credit：NASA， ESA， and T. Brown
(STScI)

资料来源：中研院天文网[2012.07.17]

转载自台北天文馆之网路天文馆网站

http://pansci.tw/archives/19922

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