银河系残害卫星星系 遏止新恒星诞生
▲银河系已知的21个卫星星系之一牧夫II矮星系(Bootes II)。(图/引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
来自法国斯特拉斯堡天文台、「宇宙黑暗时期之光(LIDAU)」计划的的2名研究人员,首度发现第一代恒星在银河系中诞生的新线索。距今120亿年前,第一代恒星所发出的强烈紫外辐射驱散了银河系卫星星系中的气体,让它们没办法再继续大量诞生新恒星,扼杀它们的灿烂未来,被迫成为黯淡无光的银河系同伴。
宇宙中的第一代恒星约在大霹雳后约1亿5000万年左右出现。当时宇宙中到处充斥的氢和氦,已经降温到足以让原子核和电子结合成为电中性的氢原子与氦原子。但当第一代恒星出现后,它们所发出的强烈紫外辐射(UV)再度让中性氢原子和氦原子被游离而成为所谓的「电浆态」。
这个称为「再游离」的过程不仅明显的加热气体,而且让气体温度高到足以逃脱低质量星系的微弱重力场,原本不多的恒星材料也在这样的过程中被赶跑了,让这些低质量星系雪上加霜,恒星形成的工作从此一蹶不振。但是UV加热的结果,也让这些星系在UV波段相当敏感而容易观察。
目前普遍接受这个过程,可以解释银河系最暗的矮卫星星系中的恒星数量这么少,但年龄通常很老的现象,也能解释为何银河系周围的卫星星系数量远少于预期,即所谓的「遗失的卫星星系」问题。这个问题约在10年前被提出,经标准宇宙论模型的数值模拟结果,银河系应有多达500个卫星星系,但当时却仅发现10个卫星星系,直到今日已发现的总数也不过21个而已,差距之大,让天文学家百思莫解。要不是标准宇宙论模型错了、根本没这么多星系,就是这些星系的确存在、但因某些未知因素而侦测不到。
卫星星系通常很靠近银河系,距离约3万到90万光年不等,以天文尺度而言算是很近的了,让天文学家可以仔细研究这些星系;未来下一代更大的望远镜建置完成后,可见细节必定更多。比较每个卫星星系中的星族与卫星星系所在位置之间的关连性,让研究人员能以独特的观点来了解银河系中最老恒星们所发出的辐射的影响。
到目前为止,关于此过程的理论模型大都假设卫星星系中的气体流失是所有邻近的大型星系干的好事,所以背景UV辐射应该相当均匀(上图红线)。而研究人员的新模型证明这个假设是错误的。由于研究人员将不可见的暗物质加入数值计算中,这些暗物质大都集中在银河系盘面上下与周围的广大空间中,他们模拟被困在暗物质晕中的气体,看看这些气体对UV辐射如何反应。
与先前其他模拟相反的是:所产生的UV辐射场并不均匀,离银河中心愈远、UV辐射愈弱(上图蓝线);如此一来,愈靠近银河中心的卫星星系,其中的气体逃逸得愈快,所以星系中的恒星少到难以用现代望远镜侦测到。同时,愈远的卫星星系所受到的UV辐射愈弱,能保有气体的时间愈久,也就能形成愈多的恒星,所以比较容易侦测到,看起来比较普遍。
这些模拟结果与目前观测结果(上图黑线)相当接近,显示银河系的第一代恒星是让卫星星系中气体受到光蒸发(photo-evaporation)的主角,换言之,卫星星系的杀手是银河系本身,而非先前错怪的邻近大型星系。(文/引用自台北天文馆之网路天文馆网站)