一個星系中發(fā)現(xiàn)一個隱藏在“陰影”中的未知結(jié)構(gòu) _星系

一個星系中發(fā)現(xiàn)一個隱藏在“陰影”中的未知結(jié)構(gòu)
（）據(jù)cnBeta：天文學(xué)家們剛剛在一個星系中發(fā)現(xiàn)了一個隱藏在“陰影”中的未知結(jié)構(gòu) 。他們通過擴(kuò)大阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）的動態(tài)范圍來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) ，該陣列是目前最大的天文項(xiàng)目，以探測微弱的無線電發(fā)射。
這種微弱的無線電發(fā)射，無論無線電頻率如何，都具有恒定的亮度，在類星體3C 273的主星系中延伸了數(shù)萬光年，是一個標(biāo)志性的宇宙“燈塔” 。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于揭開星系演變和恒星形成的秘密。
由于實(shí)現(xiàn)了高成像動態(tài)范圍，日本的一個天文學(xué)家小組首次發(fā)現(xiàn)了一個微弱的無線電發(fā)射，覆蓋了一個中心有能量黑洞的巨大星系。該射電發(fā)射是由中心黑洞直接產(chǎn)生的氣體釋放出來的。研究小組希望通過對其他類星體應(yīng)用同樣的技術(shù)來了解黑洞如何與它的宿主星系相互作用。
3C 273位于距離地球24億光年的地方，是一個類星體。類星體是一個星系的核心，據(jù)信在其中心有一個巨大的黑洞，它吞噬了周圍的物質(zhì)，發(fā)出了巨大的輻射。與它平淡的名字相反，3C273是有史以來發(fā)現(xiàn)的第一個類星體，是最亮的，也是研究得最好的。它是最經(jīng)常被望遠(yuǎn)鏡觀測到的光源之一，因?yàn)樗梢员挥米魈炜罩械囊粋€標(biāo)準(zhǔn)位置：換句話說，3C273是一個無線電“燈塔” 。
當(dāng)你看到一輛汽車的車燈時，耀眼的亮度使你難以看清周圍的黑暗環(huán)境。當(dāng)你觀察明亮的天體時，同樣的事情也發(fā)生在望遠(yuǎn)鏡上。動態(tài)范圍是指圖像中最亮和最暗的色調(diào)之間的對比。你需要一個高的動態(tài)范圍，以便在望遠(yuǎn)鏡的單次拍攝中同時顯示出明亮和黑暗的部分。ALMA可以經(jīng)常達(dá)到100左右的成像動態(tài)范圍，但是市面上的數(shù)碼相機(jī)通常會有幾千的動態(tài)范圍。射電望遠(yuǎn)鏡并不擅長看到具有明顯對比度的天體。
3C273作為最著名的類星體，幾十年來一直為人所知，但人們對它的了解主要集中在其明亮的中心核上，大多數(shù)無線電波都來自這里。然而，人們對其宿主星系本身的了解要少得多，因?yàn)榘档蛷浬⒌男窍蹬c3C273核的結(jié)合需要如此高的動態(tài)范圍來探測。研究小組使用了一種叫做自我校準(zhǔn)的技術(shù)，以減少從3C273到星系的無線電波泄漏，該技術(shù)利用3C273本身來校正地球大氣波動對望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的影響。他們的成像動態(tài)范圍達(dá)到了85000，這是ALMA對銀河系外天體的記錄。
由于實(shí)現(xiàn)了高成像動態(tài)范圍，研究小組發(fā)現(xiàn)微弱的無線電發(fā)射延伸到了3C273宿主星系的數(shù)萬光年。類星體周圍的無線電發(fā)射通常表明是同步輻射，它來自高能量的事件，如恒星形成的爆發(fā)或從中心核發(fā)出的超快噴流。3C273中也存在一個同步輻射射流。
同步輻射的一個基本特征是它的亮度會隨著頻率的變化而變化，但是研究小組發(fā)現(xiàn)的微弱的無線電輻射無論在什么頻率下都有恒定的亮度。在考慮了其他的機(jī)制之后，研究小組發(fā)現(xiàn) ，這種微弱而延伸的無線電發(fā)射來自于星系中被3C 273核直接激發(fā)的氫氣。這是第一次發(fā)現(xiàn)來自這種機(jī)制的無線電波在類星體的宿主星系中延伸到數(shù)萬光年之久。天文學(xué)家?guī)资陙硪恢焙鲆暳诉@個標(biāo)志性宇宙“燈塔”的這一現(xiàn)象。
那么，為什么這一發(fā)現(xiàn)如此重要？在星系天文學(xué)中，來自類星體核的能量能否強(qiáng)大到足以剝奪星系形成恒星的能力，這一直是個大謎團(tuán) 。這個微弱的無線電發(fā)射可能有助于解決這個問題。氫氣是創(chuàng)造恒星的一個重要成分，但是如果如此強(qiáng)烈的光線照射在上面，使氣體被分解（電離），就不能誕生恒星。為了研究這一過程是否在類星體周圍發(fā)生，天文學(xué)家們使用了電離氣體發(fā)出的光學(xué)光。使用光學(xué)光的問題是，宇宙塵埃會在通往望遠(yuǎn)鏡的路上吸收光線，所以很難知道氣體發(fā)出了多少光。
此外，負(fù)責(zé)發(fā)出光學(xué)光線的機(jī)制很復(fù)雜，迫使天文學(xué)家做出很多假設(shè) 。這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的無線電波由于簡單的過程而來自相同的氣體，并且不被灰塵吸收。使用無線電波使得測量由3C273的原子核產(chǎn)生的電離氣體變得更加容易。在這項(xiàng)研究中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn) ，來自3C273的至少7%的光被宿主星系中的氣體吸收，創(chuàng)造的電離氣體達(dá)到太陽質(zhì)量的100-1000億倍。然而， 3C 273在恒星形成之前就有大量的氣體，所以從整體上看，它并不像恒星形成受到核的強(qiáng)烈抑制。
“這一發(fā)現(xiàn)為研究以前通過光學(xué)觀測解決的問題提供了一條新的途徑，”日本工學(xué)院大學(xué)副教授、發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的這項(xiàng)研究的主要作者Shinya Komugi說。“通過對其他類星體應(yīng)用同樣的技術(shù)，我們期望了解一個星系是如何通過與中心核的相互作用而演變的。”