在边缘之外，草帽星系的光环暗示着动荡的过去
来自美国宇航局哈勃太空望远镜的令人惊讶的新数据表明，草帽星系盘面光滑、稳定的“边缘”可能隐藏着动荡的过去。哈勃望远镜的锐度和灵敏度解析了草帽星系巨大、延伸的光晕中数以万计的单个恒星，该光环超出了星系的中心，通常由较老的恒星组成。
对草帽的这些最新观测正在颠覆传统理论，仅显示晕中一小部分较老的低金属的恒星、仅在星系盘中发现的大量富含金属的恒星以及中央凸。星系的合并可能是其中的原因之一，尽管并没有在草帽星系中发现最近大规模星系合并的证据。
马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所 (STScI) 的保罗·古德弗罗伊说：“草帽星系一直是一个有点奇怪的星系，这就是它如此有趣的原因。” “哈勃的金属丰度测量值（即恒星中重元素的丰度）表明，草帽星系可以教给我们许多关于星系重组和演化的知识。”
STScI的联合研究员罗杰·科恩 (Roger Cohen) 补充说：“哈勃对草帽光环的观察正在改变我们普遍接受的对其头部星系构成和金属含量的理解。”
长期以来，由于其明亮美丽和奇特的结构，草帽星系 (M104)一直是天文学家和业余天空观察者的最爱，现在它的故事有了新的篇章——一个富含金属的恒星扩展光环，几乎没有在其他星系光晕中看到的低金属迹象。研究人员对哈勃的数据感到困惑，转而采用复杂的计算机模型来解释这不同于传统星系理论的反转。结果表明，银河系过去可能发生过重大的合并，这同样令人惊讶。尽管草帽号的宏伟结构没有最近中断的证据，但这一不寻常的发现和可能的解释发表在《天体物理学杂志》上。
左侧是草帽星系 (M104) 的图像，其中包括远在其明亮圆盘和凸起之外的暗淡光晕的一部分。哈勃拍摄了光晕中的两个区域（其中一个由白框显示）。右侧的图像放大以显示哈勃拍摄的细节水平。橙色框是哈勃视图的一个小子集，包含无数晕星。靠近星系盘的恒星群密度增加（底部蓝色框）。每一帧都包含一个明亮的球状星团，其中有许多在星系的光晕中。
草帽的光环包含比预期更多的富含金属的恒星，但奇怪的是，在大质量星系的光环中几乎没有通常发现低金属的恒星。然而，许多球状星团都含有低金属的恒星。草帽星系这种令人困惑的特征，一种可能的解释是，它是数十亿年前大质量星系合并的产物，尽管星系盘和晕的光滑外观没有显示出如此巨大的破坏的迹象。（图片来源：NASA/数字化天空调查/保罗·古德弗罗伊 (STScI)/哈勃研究团队 (STScI/AURA)）
“没有低金属恒星是一个很大的惊喜，”古德弗罗伊说，“而富含金属的恒星则更加神秘。”
与星系主盘中拥挤的恒星相比，天文学家希望在星系的光晕中找到较早的恒星，其重元素（称为金属）较少。元素是通过恒星“生命周期”过程产生的，一个星系中恒星经历这个周期的时间越长，气体元素越丰富，由气体形成的恒星金属度越高。这些年轻的、高金属含量的恒星通常出现在星系的主盘中，那里的恒星数量更密集——或者说传统理论上是这样。
使事实复杂化的是许多古老的、低金属的球状星团的存在。预计这些较老的、低金属的恒星最终会移出它们的星团并成为一般恒星晕的一部分，但这个过程在草帽星系中似乎效率低下。该团队将他们的结果与最近的计算机模拟进行了比较，以了解星系晕中这种意想不到的金属丰度测量结果的起源。
结果也出乎意料，表明未受干扰的草帽星系在数十亿年前经历了重大的吸积或合并事件。与我们的银河系不同，银河系被认为在数十亿年的所谓“小”吸积中吞噬了许多小卫星星系，而主要的吸积是两个或更多类似质量的星系的合并，这些星系中富含,金属丰度较高的恒星。
卫星星系只包含低金属度的恒星，这些恒星主要是来自大爆炸的氢和氦。较重的元素必须通过核合成在恒星内部进行合成，并合并到下一代恒星中。这个过程在矮星系（如我们银河系周围的星系）中的效率相当低下，而在更大、进化程度更高的星系中更有效。
草帽星系的结果令人惊讶，因为其光滑的圆盘没有显示出中断的迹象。相比之下，许多相互作用的星系，如标志性的触角星系，因其相互作用的潮汐力而导致旋臂的扭曲外观而得名。类似质量的星系合并通常会合并成具有扩展光晕的大而光滑的椭圆星系——这个过程需要数十亿年的时间。但是，草帽星系从来都不太符合螺旋星系或椭圆星系的传统定义。它介于两者之间——混合星系。
对于这个特殊的项目，团队选择草帽星系主要是因为其独特的形态。他们想知道随着时间的推移，这种“混合”星系是如何形成和合并的。关于光环的金属丰度分布的后续研究将在与草帽星系距离相似的几个星系中进行。
研究小组期待未来的天文台继续调查草帽星系的特性。广角红外巡天望远镜 (WFIRST) 的视场是哈勃望远镜的100倍，将能够捕捉到星系晕的连续图像，同时在红外光中捕捉到更多的恒星。詹姆斯韦伯太空望远镜也将因其类似哈勃的分辨率和更深的红外灵敏度发挥更大的作用。
哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲航天局）的国际合作项目。美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 对哈勃进行科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为 NASA 运营。
BY: Rob Garner
FY: 董美慧
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