天文學家發現巨大低表面亮度星系

四十年前，天文學家使用靈敏的新攝影技術發現一類大而微弱的星系，他們將這些星系稱為巨大低表面亮度星系（Giant low-surface-brightness galaxies，簡稱 gLSBG）。巨大低表面亮度星系是一個質量可與銀河系相媲美，但其它的半徑卻大十倍，達到四十萬光年。這些巨大低表面亮度星系給天文學家帶來一個問題：儘管星系盤很大，但（從運動學上講）相對不活躍。大質量星系通常形成的形式是從星系合併演化而來，這一過程會激起圓盤並使它在運動學上活躍。此外，大多數巨大低表面亮度星系發現在附近沒有其它星系，這顯示碰撞在它們形成的過程中可能並不重要。

巨大低表面亮度星系如何形成的問題是一個積極辯論的問題。已經提出了兩種流行的模型。在第一種情況下，在非災難性的情況下，星系緩慢的氣體吸積導致增長。在另一種災難性的情況下，過去確實發生了合併事件；這個模型的主要優點是它適合當前的星系形成框架。哈佛-史密松天體物理中心天文學家伊戈·希林加良（Igor Chilingarian）和他的同事已經完成對七個巨大低表面亮度星系的靈敏光學觀測，對這些微弱的巨型系統的整個直徑進行光譜觀測，並將他們的結果與原子氫發射的檔案光學和射電測量相結合。

天文學家使用大型數據集來測試這兩種情況；他們還考慮第三種選擇，即星系在異常淺的暗物質暈及其重力影響中形成。（所有星系都認為有暗物質暈；銀河系暈包含的質量是恆星的十倍）他們得出結論，所有三種情況似乎都在運行，但情況不同。對於他們的大部分樣本，最有可能的過程是通過初始星系形成後逐漸吸積的增長形成的。對於剩餘的巨大低表面亮度星系，主要的合併情景更好地解釋觀察結果，儘管在少數情況下，他們發現稀疏的暗物質暈也可能起作用。天文學家還發現，發現的七個巨大低表面亮度星系中至少有六個宿主活動星系核，然而它們的超大質量黑洞核比質量相似的正常星系的質量要小得多，這意味著合併，即使它們參與巨大低表面亮度星系的形成，也必須相對溫和。

【圖：哈佛-史密松天體物理中心；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2021年2月10日出版的英國《皇家天文學會月報》