新的测量结果揭示了笼罩宇宙中所有星系的巨大光晕

Josiah02

您是否曾想过要赌 15 万美元？如果您猜对了，您就打开了一扇通往宇宙的新窗户。但如果您猜错了，您就浪费了大量金钱和时间。
这正是我的团队所做的，我们将位于夏威夷莫纳克亚山天文台的凯克望远镜对准看似空旷的太空，希望发现笼罩着宇宙中所有星系的隐藏气体。当我们意识到我们的冒险成功时，控制室里响起了欢呼声。
在今天发表于《自然天文学》杂志上的一项研究中，我们首次展示了星系周围气体层的细节图片，该气体层向外延伸 10 万光年，进入“空旷”的空间。如果我们的银河系也有类似的光环，那么它很可能已经与我们最近的星系邻居仙女座星系的光环相互作用了。
宇宙的大部分并不是明亮的星星
宇宙中的大部分物质并不存在于构成我们所见星系壮观图像的明亮恒星中。首先，星系被暗物质所包围——天文学家认为暗物质是某种奇异的不可见粒子。
但即便是大多数正常物质也不存在于恒星中，而是存在于环绕星系的巨大气体云中。
我们认为，星系周围的这些光晕包含多达 70% 至 90% 的宇宙正常物质（主要由氢、氦、碳、氮和氧气组成）。
了解这种弥散气体——我们所看到的所有恒星和行星的起源——有助于我们从最宏大的尺度上更多地了解我们自己的故事。
然而，这团气体晕散布在广阔的太空中，因此非常暗淡。事实上，它比星系的明亮部分暗淡 10,000 到 100,000 倍。
自 20 世纪 50 年代天文学家发现气体晕能够吸收穿过它们的特定频率的光以来，我们就已经知道了这些气体晕。
然而，这些测量将延伸数十万光年的巨大空间区域缩小为一个点，因此我们对光晕的确切大小或形状，或者气体在它们和其宿主星系之间的流动方式知之甚少。
如何观察银河晕
长期以来，人们认为不可能拍摄到光晕的图像。然而，随着一种新型光谱仪（一种用于查看图像中不同波长光的光谱的设备，称为“图像切片器”）的出现，这种情况发生了改变。
通过图像切片器，我们可以拍摄夜空区域的光谱图像，其亮度比上一代仪器暗得多。
加州理工学院的克里斯·马丁（Chris Martin，我们这个项目的合作者之一）领导的团队建造了一台名为凯克宇宙网成像仪的超微弱光谱仪，并将其安装在凯克望远镜上。凯克望远镜是世界上最大的光学望远镜之一，它位于夏威夷莫纳克亚火山的顶部，是世界上最好的天文观测地点之一。
有了新设备，我们就能看到天空中极其暗淡的东西。
我们用这台仪器观察了星系周围看似空无一物的空间一整夜。随后我们​​进行了紧张的数据分析工作，因为我们已经达到了望远镜的极限。
尼基·尼尔森 (Nikki Nielsen) 现在是俄克拉荷马大学的教授，她在我们斯威本大学的团队工作时领导了数据分析和论文撰写。令我们兴奋的是，这次冒险获得了回报，并返回了数据，使我们能够生成一个星系周围气体晕的图像。
星系周围的气体层是什么样的？
我们的团队拍摄了比通常所称的“星系”大十倍的区域内氢和氧气辉光的图像。
这真是令人兴奋！首先，因为它证实了宇宙中大部分普通物质都存在于这些弥散的气体晕中的想法。
我们还发现，该星系并不是平稳地“淡出”到周围的光晕中。一个星系与另一个星系之间有一个突然的断裂。
过去，关于这种转变的性质存在很多争论。在我们的数据中，很容易看到绝大多数恒星所在边缘附近的突然变化。
星暴盘星系 IRAS 08339+6517 周围的氧气辉光，从最亮（黄色）逐渐减弱到最暗（蓝色）。图片来源：Nielsen 等人/《自然天文学》
为什么我们可以看到光环？
我们为什么能看到这种气体，这仍然是个谜。它确实在发光，但我们不知道为什么。
我们经常看到星系内部氢气发出的光，但我们知道它之所以发光是因为它被附近恒星的强辐射加热了。然而，在星系外，附近没有足够的恒星来加热气体，以解释我们看到的光。
一种可能性是，光晕是由朝不同方向移动的气流构成的。当气流高速碰撞时，激波会使它们发光。
另一种可能性是，一些非常重的恒星和某些黑洞（均位于星系内）会产生大量紫外线。其中一些光可以逃离星系，并可能为宇宙提供一种环境背景紫外线照明。
结合快速移动的气流，紫外线背景可能足以产生我们所看到的光芒——但还需要更多的观察才能确定。