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星暴星系

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由NGC 4038/NGC 4039互撞形成的触须星系是星暴星系的例子。图片来源:NASA/ESA。
由NGC 4038/NGC 4039互撞形成的触须星系是星暴星系的例子。图片来源:NASAESA
哈伯太空望远镜拍摄到在邻近的NGC 1569(阿普 210)核心区域的星爆活动。
哈伯太空望远镜拍摄到在邻近的NGC 1569阿普 210)核心区域的星爆活动。

星爆星系(英语:starburst galaxy)是在比较星系的恒星形成速率时,其形成速率比大多数的星系都要高出许多的一种星系。通常在两个星系过度靠近或发生碰撞之际,会有爆发性的恒星形成。在这种星系中,恒星形成的速率是很惊人的,如果要持续这种速率,要供应恒星形成所储存的气体,在远短于星系的动力生命期内就会耗尽。基于这个原因,星爆过程被假设为短暂时期的现象,最出名的星爆星系是M82NGC 4038/NGC 4039IC 10

星爆的定义

星爆星系有几种不同的定义存在,但是没有一个是严谨到足以让所有的天文学家都能接受。然而,许多学者都同意定义必须与下面这三个要件有所关联:

  1. 星系目前将气体转化成恒星的速率(恒星形成率SFR)。
  2. 可以用于形成恒星的气体数量。
  3. 是以星系的年龄或自转周期做为比较的时标。

常用的定义包括:

  • 现行的SFR与持续的恒星形成,将在远短于宇宙年龄(哈伯时间)的时间内耗尽可用于形成恒星的气体。这有时是指"真实"的星爆
  • 现行的SFR与持续的恒星形成,将在远短于星系动力生命期(或是碟状星系的一个自转周期)的时间内耗尽可用于形成恒星的气体。
  • 现行的SFR,经过归算之后远大于整体一致平均的SFR。这个比率会参考到恒星的出生率参数

星爆的触发机制

基本上要引发星爆,必须要在很小的体积内集中大量低温的气体。虽然确实的机制还未能充分的了解,但这样的集中和扰动被强烈的怀疑只能在大范围的,整个星系合并的状态下才能发生。

长久以来的巡天观测显示,有碟状的星爆星系通常都是成对的交互作用或合并的星系,它也显示即使在目前没有实际合并的星系之间的交互作用,也会触发不稳定的转动模式,像是不稳定的短棒,会造成气体向核心汇集,在接近星系核心的部分引起星爆。

星爆的形式

因为星爆星系本身已经是一种特殊的星系,因此要具体的区分出星爆的类型是很不容易的。星暴可以发生在碟状星系,和不规则星系中经常出现和散布在不规则星系内的节点。然而,还是有几种不同类形的星暴在星系天文学家的研究下被区分出来:

  • 蓝致密星系 (BCGs): 这些星系通常是低质量、低金属量和无尘埃的天体。因为它们没有尘埃和拥有大量高温、年轻的恒星,因此在光学上通常呈现蓝和紫外的颜色。起初,为了解释低金属量的性质,这些蓝致密星系被认为是真正年轻的星系,还在形成第一代恒星的过程中。但是在蓝致密星系内发现许多老年的星族,并且高效率的混合也能解释尘埃的缺乏和低金属量的现象。多数的蓝致密星系被认为是近期合并和(或)交互作用展现出的特性。被仔细研究过的BCG有 IZw18(已知金属量最低的星系)、ESO338-IG04和Haro11。
  • 极亮红外星系 (ULIRGs):这些星系通常是有非常多尘埃的天体,因此,紫外线辐射被遮蔽使得恒星的光度变得黯淡,但是在波长100毫米附近以红外线的形式被吸收和再辐射,这解释了极亮红外星系特别红的原因。虽然不能肯定紫外线辐射纯粹都是由恒星形成引起的,并且有些天文学家相信极亮红外星系提供了活跃星系核(AGN) 的动力(至少是一部分)。X射线的观测能够贯穿极亮红外星系厚重的尘埃,认为许多星暴星系都是双核心的系统。借由这样的支持,由星系合并触发了星爆,为极亮红外星系提供了主要动力来源的假说。已经被详细研究的极亮红外星系包括阿普 220。
  • 沃夫-瑞叶星星系:星系的成员有一大部分都是明亮的沃夫-瑞叶星

星暴的要素(成因)

首先,星暴需要有大量可以形成恒星的气体,爆炸也许是因为与另一个星系接近或遭遇而被触发(像是M81/M82),或是与其它的星系碰撞(像触须星系),或是其他的程序使物质受力而进入星系的核心(像是星棒)。

在星暴的内部是一种极端的环境。大量的气体聚集意味着大质量恒星的形成,年轻、炙热的恒星造成气体的游离(许多环绕着恒星的将形成电离氢区。炙热的恒星组成的集团称为OB星协,这些恒星的燃烧非常快也非常明亮,并且很就会发展成为超新星,爆炸然后进入恒星生命的终点。

在超新星爆炸之后,抛射出的物质膨胀并形成超新星残骸。这些残骸与周围星爆(星际介质)的环境互动,可以成为天然的迈射

研究邻近的星暴星系能够协助我们推断星系形成与发展的历史。有许多非常遥远的星系看起来都像是星暴星系,例如在哈伯深空有许多都是星暴星系,但是因为太遥远而无法做任何详细的研究。研究附近的例子和探索他们的特征,而当我们看见这些来自遥远的星光,是来自更加年轻的宇宙,可能可以让我们推想出宇宙早期发生的事情(参见红移)。很不幸的,在我们邻近的宇宙中星暴星系似乎非常罕见,而距离越远越为普通 - 表示他们多数都出现在数十亿年前。所有的星系都比现在要接近,因此彼此之间的重力也比较能相互影响。在膨胀的宇宙中演变与发展的星系,越频繁的遭遇越能造成更多星系的星暴。

著名的星暴星系

M82是典型的星暴星系,它大量的恒星形成归因于与邻近的螺旋星系M81遭遇。由无线电望远镜描绘的图显示出两个星系有大区域的接触 streams of neutral hydrogen,这也是遭遇的结果。M82的中央地区的电波观测图也显示有大量年轻的超新星残骸,这些都是星爆创造出来的质量较大的恒星结束生命之后留下来的。触须星系是另一个著名的星爆系统,在1997年释出的影像哈伯影像令人震惊。

相关条目

参考资料

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