中國天文學家從郭守敬數據發現綠豆星系等緻密數據


中國科學院國家天文台博士生劉思琦、羅阿理研究員,中國科學技術大學王俊賢教授及上海天文台沈世銀研究員等人在郭守敬望遠鏡海量光譜中發現1,547個緻密星系,其中1,417個為最新發現,包括大量綠豌豆星系(Green Pea galaxy 一種有着異乎平常的恆星形成比率,可能是新類型的明亮藍緻密星系)、藍莓星系及紫葡萄星系等。 這是至今為止一次性新發現緻密星系數量最多的研究工作。 這些星系個頭小,亮度暗,觀測非常受限。

在這之前,最大的具有光譜數據的緻密星系樣本僅約800個成員。研究團隊對這些星系的恆星形成率、金屬豐富程度以及周邊環境進行系統研究,為了解早期宇宙星系的形成與演化提供新的視角。

綠色豌豆星系,起源於公民科學家的星系動物園(Galaxy Zoo)項目,一批天文愛好者對由史隆數碼巡天(Sloan Digital Sky Survey,縮寫 SDSS)觀測到的不同星系按照形態進行分類時得到251個極其特別的樣本,很難歸為已知的星系類型。 而這些星系在偽彩圖上呈現為綠色,形態又極其緻密,看起來圓圓的像豆子,因此稱為「綠豌豆星系」。

綠豌豆星系強烈的發射線使它們呈現明亮的綠色,這也意味著它們正在形成新的恆星。綠豌豆星系有著局部宇宙最高的恆星形成率,能在幾億年的時間內質量翻倍。它們大約在距離我們十五億到五十億光年的位置上,體積不足銀河系的十分之一,質量不到銀河系的百分之一,但是卻在以十倍於銀河系的速度形成恆星。它們同樣因為很低的金屬豐富程度(天文學上除了氫和氦之外的元素都稱為金屬)而知名,這類星系在早期宇宙應該是很常見。 因此對於綠豌豆星系的研究為早期宇宙星系形成與演化及恆星形成問題打開新窗口。

由於發射線落在測光波段的位置不同,緻密星系中比較典型的還有偽彩圖上呈現藍色的「藍莓星系」和偽彩圖呈現紫色的「紫葡萄星系」。 藍莓星系比綠豌豆星系更加緻密,體積不足銀河系的三千分之一,質量不到銀河系的萬分之一。

研究團隊利用郭守敬望遠鏡數據新發現的1,417個緻密星系中,包括739個綠豌豆星系,270個藍莓星系和388個紫葡萄星系,如同一個豐富的星系果蔬園。藍莓星系是離我們更近的緻密星系;紫葡萄星系距離我們介於綠豌豆星系和藍莓星系之間或者比綠豌豆星系更遠。這些新發現的緻密星系質量範圍大約在三十一萬至一百億個太陽質量之間,其中距離地球最遠的星系達到九十億光年左右。

研究人員對這些新發現星系的恆星形成率、金屬豐富程度以及環境進行系統研究。他們利用光譜擬合首先得到這些星系質量,並通過譜線強度的測量得到這些星系的恆星形成率,發現普遍大於相同紅移的一般星系主序恆星形成率。研究人員進一步對這些星系進行金屬豐富程度的測量,發現與以往的研究結論一致,這些緻密星系具有更低的金屬豐度。 通過與相同紅移的一般星系的環境相比較,發現這些星系相互之間距離更遠,位於更加離散的星際環境中。

隨著郭守敬巡天的繼續開展,更多的綠豌豆星系、藍莓星系及紫葡萄星系會陸續發現,這為認識早期宇宙的星系形成與演化帶來了更多可能性。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年3月4日出版的《天體物理學報》;標題是:Strong [O iii] λ5007 Emission-line Compact Galaxies in LAMOST DR9: Blueberries, Green Peas, and Purple Grapes

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