哈伯看到怪異的雲往銀河系前進!

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哈伯太空望遠鏡(以下簡稱哈伯)天文學家現正發覺”有升必有降(what goes up must come down )”這句老諺語甚至適用於在我們銀河系外面的巨大氫氣雲。這個看不見的雲,正在以將近每小時七十萬英里的速度,朝向我們銀河系筆直落下。

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這張合成照片顯示出史密斯雲(Smith Cloud)在天空中的大小和位置。當使用位於西維吉尼亞州的綠堤電波望遠鏡(Green Bank Telescope)觀看它時,它呈現出假色彩(false-color)的無線電波長。背後恆星區域的可見光圖像,指出史密斯雲位於天鷹座(the constellation Aquila)的方向。Credits: Saxton/Lockman/NRAO/AUI/NSF/Mellinger

雖然數以百計巨大高速的氣體雲颼颼掠過我們銀河系的邊緣,這個所謂的”史密斯雲(Smith Cloud)”是很獨特的,因為我們很清楚它的軌道。哈伯最新的觀察認為它是在七千萬年前,從星系盤的外部地區被發射出去的。這個氣體雲是由天文學博士班學生Gail Smith在1960年代初期,偵測從它的氫氣射出的無線電波時所發現的。

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史密斯雲正在往回頭碰撞我們銀河系的路上,預計在三千萬年後猛力撞擊銀河系。當撞擊發生的時候,天文學家相信它會點燃一陣壯觀的星球誕生潮,也許提供的氣體足夠誕生二百萬個太陽。

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這張圖展示史密斯雲長達一億年的軌跡,在它沿弧形狀路線離開我們銀河系,然後再像丟迴力棒似的回來。根據哈伯太空望遠鏡的量測,它來自於七千萬年前靠近我們銀河系星系盤邊緣的區域。史密斯雲現在被重力和氣體壓力拉成彗星形狀,循著它的彈道路線,它將在三千萬年後掉落回我們銀河系星系盤,並且觸發一波新星球的誕生。Credits: NASA/ESA/A. Feild (STScI)

位於馬里蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科學研究所(Space Telescope Science Institute)的組長Andrew Fox解釋:”史密斯雲是星系如何隨著時間而變化的一個例子。它正在告訴我們銀河系是一個正在冒泡泡、非常活耀的地方,氣體能夠從星系盤的一處被丟出,然後再回來到另一處。”

Fox說:”我們的銀河系正在藉由雲來回收氣體,史密斯雲就是一個例子。和以前相比,它會在不同地方誕生星球。哈伯對史密斯雲的測量,正幫助我們看見星系盤是如何的活耀。”

天文學家已經量測出這個彗星形狀區域的氣體,長度為一萬一千光年,橫跨(寬)二千五百光年。如果史密斯雲能夠以可見光被看見,它涵蓋於天際的範圍,明顯地為月球在滿月時直徑的三十倍。

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天文學家長期以來認為史密斯雲是一個失敗的、沒有星光的星系,或者是氣體從星系之間的太空掉入銀河系。如果其中之一被證實為真,那麼它的主要組合為氫和氦,而不是恆星所製造出來的較重元素。但如果它來自星系內部,它會含有較多在太陽內部發現的元素。

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哈伯的宇宙起源頻譜儀(Cosmic Origins Spectrograph )能夠量測來自遙遠背景物體的光,如何在通過史密斯雲時受到的影響,洩露史密斯雲化學成分的線索。天文學家追蹤史密斯雲的起源處到我們的銀河系星系盤,結合紫外線和無線電波對史密斯雲向內掉落速度的觀測,為光譜特徵連結到史密斯雲的動態,提供鐵證。Credits: NASA/ESA/A. Feild (STScI)

研究小組第一次使用哈伯來量測史密斯雲的化學成分,以判斷它來自何處。他們觀測三個位於史密斯雲後方數十億光年的活躍星系明亮核心的紫外線,利用宇宙起源頻譜儀(Cosmic Origins Spectrograph),來量測紫外線如何穿越史密斯雲。

Fox解釋:”特別的是,他們在尋找史密斯雲裡能夠吸收紫外線的硫。藉由量測硫,你能夠了解,和太陽相比,史密斯雲含有多豐富的硫原子。對於有多少較重元素存在於史密斯雲,硫是一個很好的量尺。”

天文學家發現,史密斯雲有著和銀河系外部盤一樣豐富的硫,那裏離銀河系中心約為四萬光年(離我們太陽系約為一萬五千光年)。這意味著史密斯雲富含著恆星物質。如果它是來自從星系外的原始的氫,或者它是一個失敗的、沒有恆星的星系殘留物,這種情形是不會發生的。取而代之的是,史密斯雲看起來像是已經從銀河系內被射出,而現在正要回來銀河系。

雖然這解決了史密斯雲的由來,但它也產生了新問題:史密斯雲是如何到達現在的位置?什麼樣的災難事件把它從星系盤彈射出去,以及它如何保持完好無缺的?它會是一片暗物質區域嗎?一種看不見的物質型態,穿越星系盤並捕捉銀河系的氣體。答案可能會在未來的研究中被找到。

該組的研究,發表於2016年1月1日的天文物理期刊文章。

哈伯太空望遠鏡是NASA(美國國家航空暨太空總署)與歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)之間的一項國際合作計畫。位於馬里蘭州Greenbelt(綠帶區)的Goddard(戈達德)太空飛行中心(Goddard Space Flight Center),負責管理望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩市的太空望遠鏡科學研究所(STScI),主導哈伯的科學運作。位於華盛頓首府的大學天文研究協會(Association of Universities for Research in Astronomy),幫NASA經營STScI。

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來源: NASA