地球与环境 2022-07-05 07:24

哈勃望远镜拍摄的红外发光合并星系Mrk 237的图像,其红外发射是由恒星形成和AGN提供的。天文学家通常通过假设星系主要是由年轻恒星加热的尘埃产生的远红外光度来估计星系的恒星形成率,而不考虑agn加热的尘埃。天文学家通过对星系合并的模拟得出结论,在一些合并中,大部分冷尘埃实际上可能是被AGN加热的,而不是恒星的形成。

NASA, ESA,哈勃遗产(STScI /AURA)-ESA /哈勃协作项目,以及A. Evans

三十多年前,红外天文卫星发现宇宙中有许多几乎看不见但却非常明亮的星系——其中一些比我们的银河系还要亮一千多倍。这些星系主要发出红外线,由深埋在尘埃和分子气体云中的恒星形成的剧烈爆发提供动力。尘埃吸收了炽热的年轻恒星发出的紫外线,遮蔽了可见光,并以远红外波长重新辐射能量。这些波长大约是光学波长的100倍,其特点是温度较低,大约40开尔文。天文学家认为,至少在某些情况下,星系间的碰撞引发了星系间的过度活跃,导致它们的气体云坍缩成新的恒星。

星系之间的碰撞很常见。事实上,大多数星系在其一生中可能都经历过一次或多次相遇,这使得这些相互作用成为星系演化和宇宙中恒星形成的一个重要阶段。(例如,银河系被引力束缚在仙女座星系上。我们正在以大约每秒50公里的速度接近对方,预计将在大约10亿年以后相遇。)碰撞被认为在大约100亿年前更为常见,这个时期有时被称为宇宙正午,因为在这段时间里宇宙经历了一个巨大的恒星产生阶段——根据仅从这些星系发出的强大红外辐射推断,其速率是今天的十倍多。

但是除了来自恒星形成的紫外线之外,还有其他方法来加热尘埃,需要对加热机制进行仔细的计算,以确定恒星的形成速率,尤其是对宇宙正午的星系,因为它们如此遥远,以至于大多数替代的恒星形成诊断都是不切实际的。另一种可能的能量来源是星系中心的超大质量黑洞。当气体和尘埃主动吸积到超大质量黑洞的环境中时,就会喷射出强大的带电粒子,其周围的尘埃环面就会升温。这些天体被称为活动星系核(AGN)。天文学家们早就认识到,AGN周围的热的x射线发射区域有以红外线发射的尘埃,但他们认为,红外线的特征是如此高温,并且产生于如此小的区域,因此它对总远红外发射的贡献应该可以忽略不计。

CfA天文学家Juan Rafael Martínez-Galarza和Howard Smith和他们的同事现在已经证明,在某些情况下,明亮的AGN可以主导远红外尘埃发射。通过对合并星系的模拟,天文学家表明,从一个明亮的AGN发出的辐射可以穿透星系并使尘埃变暖,尽管它起源于只有几百光年大小的热物质,而且这些物质以远红外的形式发出。通过人为地打开和关闭AGN的模拟活动来量化影响,科学家们证明,大质量星系的合并可以导致AGN加热的尘埃主导星系中的冷的远红外发射,其比例高达四倍。如果不包括对这个大因素的修正,从这些天体的远红外光度估计的恒星形成率将是错误的。该团队继续提出了光谱和成像方法,利用电离原子线特征和空间形态来识别这些情况。

参考资料:“被尘埃覆盖的agn可以主宰主星系尺度的冷尘埃发射”,Jed McKinney, Christopher C. Hayward, Lee J. Rosenthal, Juan Rafael Martínez-Galarza, Alexandra Pope, Anna Sajina和Howard A. Smith,《天体物理杂志》921552021。


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