宇宙迄今已知最亮星系的秘密成長史

類星體 WISE J224607.57-052635.0
宇宙中迄今已知最明亮的星系是類星體(quasar)WISE J224607.57-052635.0(簡寫為W2246-0526),它大約位在宇宙僅約14億歲時。根據以阿卡塔瑪毫米波/次毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)觀測所做之最新研究顯示它內部結構非常紊亂,正在向外拋擲幾乎整個星系的氣體。

類星體是中心處有非常活躍的超大質量黑洞的那些星系,會藉由向垂直於盤面的噴流向外高速拋出物質與輻射能量。絕大部分的類星體很明亮,小部分異常者被塵埃遮蔽而顯得昏暗,這類星系被稱為熱塵蔽星系(Hot Dust-Obscured Galaxies),又因英文的簡寫而被暱稱為「熱狗星系(Hot DOGs)」,號稱宇宙最明亮星系的W2246-0526就是其中之一。熱狗星系數量很稀少,約每3000個類星體中,才有一個熱狗星系。

由智利聖地牙哥Diego Portales大學的Tanio Díaz-Santos領軍的研究團隊透過ALMA觀察W2246-0526中恆星之間的游離化碳原子的運動狀況。結果發現星系內大量星際介質處在極度混亂的過動狀態,以接近200萬公里的時速在星系內流竄。

這些天文學家相信這種紊亂的行為可能與星系如此明亮的現象有關。W2246-0526所發出的總光量約是太陽的350兆倍,而之所以會這麼明亮,是星系核心的超大質量黑洞周圍吸積盤中的物質一般繞黑洞公轉、一邊落往黑洞的過程中被加熱到極高溫狀態,因而發出大量的光。不過,來自熱狗星系中心吸積盤的強烈光亮並不能直接逸入太空,而是會先被周圍濃密的塵埃吸收後又再被塵埃輻射出來,只不過再輻射的光將落在紅外波段。又因宇宙膨脹之故,W2246-0526所發出的紅外輻射抵達地球時,已紅移至波長更長的毫米波段,因此可以利用ALMA予以觀測。

大量紅外輻射對整個星系有直接且強烈的衝擊。其中鄰近黑洞周圍的區域,比星系其他區域加起來的總亮度還亮100倍以上,這麼強烈的輻射差異會使整個星系遭受強大的輻射壓。這些天文學家猜測:或許正是因為這強烈的紅外輻射能量,使得這個星系恰好處在其一生中的重要轉變階段。

此外,ALMA觀測資料也顯示這個星系內的氣體躁動程度已經處在即將控制不住的狀態;如果擾動狀況無法平息下來,那麼強烈紅外輻射將使得星系裡所有的星際氣體「沸騰」起來。根據這個ALMA觀測資料所做的星系演化電腦模擬結果顯示:W2246-0526裡的星際氣體已被迫使著向四面八方驅逐了。如果這個情況持續下去,那麼或許W2246-0526最終會轉變成一個更成熟而典型的類星體。

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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