塊斑星系

1924年前後,美國天文學家哈勃按照星系的形狀將它們劃分為四個不同的類型,即:橢圓星系,棒旋星系,旋渦星系和不規則星系。從那以後,天文學家又發現許多特殊的天體和星系,例如類星系,N型星系,塞弗特星系,射電星系和馬卡良星系。馬卡良星系是蘇聯天文學家馬卡良發現的,因而得名。這類星系的特點是具有反常的強紫外輻射。最近幾年,天文學家發現在一些馬卡良星系中,它們除了具有強紫外輻射這一共同特點之外,內部還有一些範圍極廣、質量極大、亮度極強的塊斑。這種奇特的星系就是塊斑星系。

馬卡良星系馬卡良星系

塊斑星系的發現

馬卡良星系發現以後,引起了許多天文學家的極大注意。1971年,法國天文學家讓·埃德芒用21厘米的波長對馬卡良星系的無線電輻射進行了深入的研究,發現其中一些天體的電磁輻射具有令人奇怪的特點。尤其是Mkn7(馬卡良星系第7號)、8和325等三個星系,更是引起了他們的重視。這三個星系都很明亮,絕對星等為負20等到負22等,星系的尺度範圍達80,000光年,內部氫物質的運動速度高達每秒250道500公里。馬卡良星系大部分都接近於球形,令人奇怪的是這三個星系的形狀卻是不規則的。象這樣大尺度、內部速度又如此高的不規則星系,以前還從未發現過。從光學照片上看,這些星系也很有特色:它們的內部有五至十個明亮的塊斑形結構,而一般的不規則星系僅僅有一到兩個較明亮的塊斑。後來,埃德芒等人又發現Mkn296和Mkn297兩個星系也具有上述類似的特點,於是把這類星系叫做塊斑星系。

塊斑星系的一般狀況

塊斑星系中那些神秘的塊斑究竟是什麼?這個問題目前尚難以明確地回答。但是我們從下列徵象中還是可以對此作出某種估計的。我們知道,許多馬卡良星系的光譜線中都有電離星際氣體雲的輻射,尤其是氫電離氣體雲的輻射。天文學家把電離星際氣體雲稱為HII區。HII區的溫度可達10,000度以上。銀河系裡的獵戶座星雲就是這種的區域。在其他星系裡,HII區的範圍要大得多,例如大麥哲倫星雲中的劍魚座星雲就是一例。在這些巨大的HII區里,極其明亮、溫度極高的O型B型恆星多達100顆左右,其中包含的電離氣體的質量相當於100萬個太陽的質量。天文學家發現:不規則的塊斑星系的光譜線中也有類似HII區輻射譜線的特點。
通過對Mkn296的譜線中的電離氫的Hα輻射的研究,天文學家發現其中塊斑的直徑達15,000光年,內部運動速度達每秒100公里,這些塊斑的總質量相當於10億個太陽的質量。Mkn296中共有8個塊斑,平均每個塊斑的質量為太陽的一億三千萬倍,是劍魚座中HII區質量的50倍。這個數字多么巨大!同樣,這些塊斑的亮度也是很驚人的,絕對星等平均為負16等,有25,000萬個太陽那么亮!
埃德芒還藉助於世界上最先進的紫外望遠鏡,以115到320毫微米的波段取得了星系Mkn297中塊斑的低色散光譜線。在這樣的波段上,每一塊斑的輻射強度要比劍魚座的HII地區的輻射強100到200倍,它們平均包含有1萬顆明亮的O型和B型恆星。
從以上的情況來看,我們可以對塊斑星系作如下概括:塊斑星系雖然數量不多,從形狀上看仍屬於不規則星系,但它們不是一般的不規則星系,它們的內部包含著5到10個很明亮的塊斑,這些塊斑是超級的HII地區,是產生恆星的搖籃地。塊斑的紫外輻射極強,並伴有極強的近紫外輻射。這些塊斑的大小、亮度、所含的中性氫以及它們的質量都是不同凡響的。
此外,有些塊斑星系還有各自的特點。例如Mkn297就有一種同步加速輻射,這是一種電子在磁場裡旋轉產生的非熱輻射,其光譜線與一般的熱源輻射是不同的。而Mkn8則有一種氖輻射,表明那裡氣體物質激發度很強。
大麥哲倫星雲大麥哲倫星雲

塊斑帶來的疑問

目前,人們對塊斑星系的了解還是很有限的,因而,有許多疑問仍待我們去探索。例如:塊斑的年齡有多長?據估計約為1千萬年。在宇宙歷史的長河中,這當然是微不足道的,因為宇宙誕生以來已超過150億年。這些塊斑究竟是怎樣形成的?為什麼同一個星系裡會形成好幾個塊斑?是由於鄰近的星系的引力作用而形成的呢,還是由於兩個星系相撞而形成的?塊斑星系將怎樣演化?它們將演化成為幾個星繫緊密相連的星系群呢,還是演變成為正常的星系?為此,埃德芒及其合作者已提出了多項研究計畫,他們將藉助美國新墨西哥洲的先進的甚大天線陣(VLA)進行多方面的探測。目前,射電探測已經清晰地表明塊斑的存在。從射電圖像和光學圖像的對比來看,似乎有塵埃吸收光線的樣子。研究人員正在塊斑星系的光譜線中尋找重元素的痕跡,如果這種元素很少,則表明這些星系是新近才形成的。用20和100微米的波長,研究紅外光譜線可以弄清塊斑內部塵埃的密度,從X輻射方面,可以弄清塊斑星系裡恆星形成的速率。如果我們真正了解了這些宇宙洪爐中發生的一切,我們就有可能弄清星系最早是如何形成的。
美國新墨西哥州的先進的甚大天線陣VLA美國新墨西哥州的先進的甚大天線陣VLA

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