60亿年前本星系群中可能发生过星系主并合事件

2010-11-30 15:31 来源: 中国科学院
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  60亿年前在本星系群中是否发生过星系主并合事件?通过中法“起源”天文联合实验室,由法国巴黎天文台,法国科学院(CNRS)和中国国家天文台6位研究人员共同完成的数值模拟研究表明了这个可能性存在。他们发现我们的邻居星系仙女座星系(M31),以及麦哲伦云可能形成于这次并合事件。这项研究结果发表在11月20日和12月10日的美国《天体物理学杂志》上。

  我们的本星系群大约包含40个星系,并由两个大星系主导,一个是仙女座星系,另一个是我们的银河系。许多的天文学家相信仙女座星系是由两个稍小的星系并合而成的。那么这次并合是什么时候发生的?对我们本星系群有什么影响?天文学家并没有进行深入的讨论。由法国巴黎天文台Francois Hammer领导的团队——包括来自中国国家天文台学者杨雁宾和王建岭,第一次模拟了仙女座星系的形成过程。他们的模型很好地再现了仙女座星系的大部分特殊的性质,包括:超大的恒星薄盘以及其中的气体和尘埃环、大质量的核球、巨大而弥漫的厚盘、由老年恒星形成的巨恒星流,以及其他一些存在于星系晕中的恒星流。他们以此得出结论:仙女座星系很可能是两个质量比为3的星系并合的产物,其中大的前身星系比银河系稍大。这一并合事件的时间可以从观测仙女座星系结构中的恒星年龄来得出,第一次碰撞发生在大约90亿年前,而并合发生在55亿年前。

  这一并合事件可能是本星系群中发生的最为重要的事件。因为仙女座星系和它的卫星星系聚集了大部分的本星系群的重子物质,包括气体和恒星。这次碰撞一定是相当的剧烈,才能产生足够大的角动量,以满足形成像仙女座星系这样大的恒星盘。模拟还预测了在这次并合事件中,大约有相当于银河系三分之一质量的物质可能已经被抛出,而这部分物质主要是气体。其中很大部分物质是沿着星系碰撞的轨道平面抛出,这个轨道平面大体接近M31的星系盘平面,由于仙女座星系几乎是侧向于银河系的(77度的倾角),被抛出的物质分布范围很可能包括了银河系。

  在研究的第二部分工作中,他们研究了这次并合对我们银河系可能造成的影响。麦哲伦云的起源问题一直是一个迷。他们的研究表明,麦哲伦云很可能起源于M31并合事件的一个潮汐尾中。如果真是这样,麦哲伦云将会朝着银河系的方向以很大的速度被抛射,最新测量的速度是一百万公里每小时(350 km/s)!这一假设可以解释为什么麦哲伦云是银河系的唯一一个富气体的不规则的伴星系。使用最新自行测量,研究者反推了麦哲伦云和M31在几十亿年前可能的位置,他们发现麦哲伦云起源于M31的概率非常大。

  如果这项研究被观测证实,这一研究结果在宇宙学中将有重要的影响。这项研究支持了大部分的漩涡星系发生过并合事件的假说,预测了大量的矮星系可能起源于星系并合的潮汐尾。

  此项研究的数值模拟是在法国巴黎计算机部和国家天文台的高性能计算机中心进行的。为了模拟仙女座星系的并合,研究者们测试了一百多个星系碰撞模型,涉及了暗物质,恒星,气体,以及恒星形成过程。模拟用到了30万到8百万的粒子数。

  图片说明:第一次碰撞发生在模拟开始的7亿年后,新恒星形成(绿色)。碰撞的过程形成几个潮汐尾,其中一条潮汐尾(箭头)包含了大量的新形成的恒星,这条潮汐尾的大量物质回流形成了巨大的恒星流,这解释了Ibata et al. (2001)被观测发现的恒星流。随后,模拟形成像仙女座星系的漩涡星系。