宇宙中最神秘的"草帽",韦伯望远镜终于看清它下面藏着什么?

文化   2024-12-04 11:56  
在浩瀚宇宙中我们有一位戴着巨大草帽的邻居——著名的草帽星系,它离我们特别近(按宇宙的尺度来说),而且永远侧着身子对着我们,至少在你的有生之年它不会转过来
最近詹姆斯·韦伯太空望远镜用它的"透视眼"(MIRI仪器)终于让我们一窥这位神秘邻居的真面目,它的帽子下面究竟有些什么呢?




用可见光望远镜(比如哈勃)看草帽星系,就像在阳光下看它戴着帽子的样子。但是韦伯望远镜用中红外光一照,哇!完全不一样了!就像用X光透视一样,让我们终于看清了"帽子"底下藏着什么。
来源:NASA、ESA、CSA、STScI、哈勃遗产团队 (STScI/AURA)
关键要点
自 1781 年发现以来,草帽星系(也称为梅西耶 104)就一直让专业和业余天文爱好者着迷。 
它兼具螺旋星系和椭圆星系的特性,本质上是我们 3000 万光年范围内最亮的星系。 
尽管之前已多次拍摄过该图像,但詹姆斯·韦伯太空望远镜(尤其是 MIRI 仪器)所揭示的前所未有的细节,向我们展示了草帽下面隐藏着什么。
自近 250 年前被发现以来,草帽星系一直让天文学家们欣喜不已。

这张草帽星系(又名梅西耶 104)的图像代表了业余天文学家使用普通的现代设备所能捕捉到的图像,显示出一个明亮的、布满尘埃的恒星光晕,以及穿过中心的明显的尘埃带。图片来源:Carsten Frenzl/flickr
它看起来几乎是边缘状的,倾斜度仅为 6°。


这张草帽星系的广角视图显示了天空中 1.5° 的区域,附近有两个星群(或明亮恒星的集合):星系右侧呈曲棍球棒形状(大颚)的四颗恒星,右下方有一个四面体状的“星际之门”。图片来源:Pat Freeman
从本质上讲,它是3500 万光年内已知最亮的星系。


哈勃望远镜拍摄的草帽星系在可见光下的图像显示,它本质上是距我们银河系约 3500 万光年内最亮的星系。我们必须看看距离我们约 5000 多万光年的室女座星系团,才能找到更亮、质量更大的星系。来源:NASA/ESA 和哈勃遗产团队 (STScI/AURA)
令人费解的是,它同时具有螺旋星系和椭圆星系的特征。


这张草帽星系的照片来自美国宇航局的斯皮策望远镜,照片显示星系盘内部在近红外光下发光,而外环中的氢在中红外光下发出红光。这个具有双重性质的星系的盘状部分在红外图像中更清晰可见。来源:NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学/STScI
显著的尘埃带和螺旋臂排列在中央盘上。


这幅草帽星系的合成图像结合了可见光(哈勃)数据和红外(斯皮策)数据,创建了一个突出显示该物体的盘面部分和椭圆形光晕部分的视图。来源:NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学/STScI
一个巨大的凸起状部分包含其大部分质量、恒星和约2000 个球状星团


草帽星系的晕中似乎嵌入了大量明亮物体;其中大部分是球状星团,通常大量出现在椭圆星系周围,但在螺旋星系周围数量则少得多。银河系有约 150 个球状星团,而草帽星系有约 2000 个。图片来源:ESO/IDA/丹麦 1.5 m/R。詹德勒和 J.-E.奥瓦尔德森
此外,它的超大质量黑洞质量达到数十亿倍太阳质量

虽然这看起来不像是草帽星系,但在 X 射线下它确实是。热气体填充了星系盘的中心区域,而明亮的点源代表黑洞,既在星系内部,也在星系后方很远的地方。来源:NASA/UMass/QDWang 等。
总而言之,它拥有的恒星数量至少是银河系的两倍。


这张草帽星系中心部分的照片展示了该星系薄而近乎边缘的盘面,包括许多突出的尘埃特征。虽然螺旋状的盘面看起来很壮观,但该星系的大部分质量和光线都来自其椭圆形光晕。来源:NASA 和哈勃遗产团队 (STScI/AURA)
在多种光波长下都能看到奇异的景象。


这幅草帽星系的综合视图使用了钱德拉的 X 射线数据、哈勃的光学数据和斯皮策的红外数据。丰富的光晕和圆盘特征在这些不同的波长范围内均有显示。图片来源:X 射线:NASA/UMass/QDWang et al.;光学:NASA/STScI/AURA/Hubble Heritage;红外线:NASA/JPL-Caltech/Univ. AZ/R.Kennicutt/SINGS Team

可以减去椭圆形部分,从而露出螺旋状的圆盘。



通过识别草帽星系的螺旋(盘状)和椭圆(晕状)部分,人们可以从光学图像中减去数据的椭圆部分,只留下盘状部分。这幅使用哈勃数据创建的视图展示了我们对盘状部分的最佳光学视图。图片来源:Vicent Peris (OAUV / PTeam)、MAST、STScI、AURA、NASA
斯皮策的红外眼睛描绘出了这个星系的靶心图像。
借助詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外图像,我们可以以全新的视角看待它。


此淡入淡出动画在 JWST(蓝色)和哈勃(主要为白色)的草帽星系视图之间切换。JWST 视图揭示了许多以前从未见过的特征。来源:NASA、ESA、CSA、STScI、哈勃遗产团队 (STScI/AURA);动画:E. Siegel
外层尘埃环并不平滑,而是湍流、云状、块状和扭曲的


尽管斯皮策太空望远镜的红外图像可以揭示草帽星系中的许多特征,例如扭曲的盘面,但詹姆斯·韦伯太空望远镜的卓越尺寸、分辨率和波长能力显示出斯皮策无法解决的大量特征。科学和视觉上的收获都等着我们所有人去收获。来源:NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学/STScI 及 NASA、ESA、CSA、STScI
其中,每年仅形成相当于一个太阳质量的新恒星。


詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的草帽星系新照片比以往更详细地展示了星系中心内部区域。中心超大质量黑洞略显活跃,主要由詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外仪器敏感的内盘加热气体提供能量。来源:NASA、ESA、CSA、STScI
在中心,超大质量黑洞缓慢地吞噬着下落的气体。


与草帽星系外盘明亮且富含物质的环相比,内盘的恒星和气体都严重匮乏;草帽星系内少量的恒星形成主要发生在这个富含尘埃的外环中。来源:NASA、ESA、CSA、STScI
稀疏的内盘大部分灰尘已耗尽。


在距离我们约 3000 万光年的草帽星系背后,可以发现数百个背景星系。借助詹姆斯·韦伯太空望远镜,我们比以往任何时候都能看到更多星系,而且更加清晰。来源:NASA、ESA、CSA、STScI
凭借詹姆斯·韦伯太空望远镜令人难以置信的视野,背景中充满了各种星系。


很久以前,人们认为草帽星系是一个以螺旋为主的星系群,位于一个丰富的星系群中。其他星系似乎已被吞噬,形成了一个椭圆形的光晕,至今仍环绕着盘状的残余物。来源:NASA、ESA、CSA、STScI
草帽星系很可能代表着银河系的最终状态:巨大的螺旋星系完全吞噬了它的邻居。
本文原作者:伊桑·西格尔
来源:https://bigthink.com/starts-with-a-bang/jwst-beneath-sombrero-galaxy-hat/

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