太空奇观:揭开宇宙罕见射电圈的起源

天文学家不是每天都会问:“那是什么?”毕竟，大多数观测到的天文现象都是已知的:恒星、行星、黑洞和星系。但在2019年，新完成的ASKAP(澳大利亚平方公里阵列探路者)望远镜发现了一个以前从未见过的东西:无线电波圈如此之大，以至于它们的中心包含了整个星系。

当天体物理学界试图确定这些圆圈是什么时，他们也想知道为什么圆圈是。

现在，由加州大学圣地亚哥分校天文学和天体物理学教授Alison Coil领导的一个研究小组认为，他们可能已经找到了答案:这些圆圈是由外流的银河风形成的外壳，可能来自被称为超新星的大规模爆炸恒星。

他们的工作发表在大自然。

科尔和她的合作者一直在研究能够驱动这些超快速外流风的大规模“恒星爆发”星系。

星爆星系的恒星形成率非常高。

当恒星死亡和爆炸时，它们将气体从恒星及其周围环境中排出，返回星际空间。

如果足够多的恒星同时在彼此附近爆炸，这些爆炸的力量可以将气体推出星系本身，形成外流风，其速度可达2000公里/秒。

“这些星系真的很有趣，”同时也是天文学和天体物理学系主任的科尔说。

“它们发生在两个大星系碰撞的时候。合并将所有气体推入一个非常小的区域，这导致恒星形成的强烈爆发。大质量恒星很快就会燃烧殆尽，当它们死亡时，它们会以外流风的形式排出气体。”

巨大、罕见且来历不明

技术发展使ASKAP能够在非常微弱的限制下扫描大部分天空，这使得2019年首次可以检测到奇数射电圈(orc)。

兽人体型巨大——直径达数百千秒差距，一千秒差距相当于3260光年(作为参考，银河系直径约为30千秒差距)。

人们提出了多种理论来解释兽人的起源，包括行星状星云和黑洞合并，但仅凭无线电数据无法区分这些理论。

科尔和她的合作者对此很感兴趣，他们认为射电环可能是他们一直在研究的恒星暴增星系后期的发展产物。

他们开始研究虎鲸4号，这是第一个在北半球可以观察到的虎鲸。

在此之前，兽人只能通过他们的无线电发射进行观察，没有任何光学数据。

考恩的团队使用夏威夷莫纳克亚上的W.M .凯克天文台的积分场摄谱仪来观察ORC 4，它揭示了大量高亮度、受热、压缩的气体——远远超过在平均星系中看到的数量。

由于问题多于答案，该小组开始着手侦查工作。

利用光学和红外成像数据，他们确定ORC 4星系内的恒星大约有60亿岁。

“这个星系中有一次恒星形成的爆发，但它大约在10亿年前结束了，”科尔说。

哈佛&史密森尼安天体物理中心的博士后研究员卡桑德拉·洛克哈斯专门研究银河系风的理论方面，也是论文的共同作者。他进行了一系列数值计算机模拟，以复制大规模射电环的大小和属性，包括中央星系中大量震惊的冷气体。

她的模拟显示，外流的银河风在关闭前吹了2亿年。

当风停止时，向前移动的冲击继续将高温气体推出星系并形成射电环，而反向冲击使较冷的气体落回星系。

模拟时间超过7.5亿年，与ORC 4估计的10亿年恒星年龄相差不大。

“为了实现这一点，你需要一个高质量的流出率，这意味着它会非常快速地喷射出大量物质。星系外的周围气体必须是低密度的，否则激波会停止。这是两个关键因素。

“事实证明，我们一直在研究的星系具有这些高质量外流率。它们很罕见，但确实存在。我真的认为这表明兽人起源于某种外流的银河风。”

外流风不仅可以帮助天文学家了解半兽人，而且半兽人也可以帮助天文学家了解外流风。“半兽人为我们提供了一种通过无线电数据和光谱‘看到’风的方法，”Coil说。“这可以帮助我们确定这些极端的外流星系风有多常见，以及风的生命周期是什么。它们还可以帮助我们更多地了解星系演化:所有大质量星系都会经历ORC阶段吗?当旋涡星系不再形成恒星时，它们会变成椭圆形吗?我认为我们可以从兽人身上学到很多东西，并向兽人学习。”

来源: Materials provided by University of California - San Diego. Original written by Michelle Franklin.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Alison L. Coil, Serena Perrotta, David S. N. Rupke, Cassandra Lochhaas, Christy A. Tremonti, Aleks Diamond-Stanic, Drummond Fielding, James E. Geach, Ryan C. Hickox, John Moustakas, Gregory H. Rudnick, Paul Sell, Kelly E. Whalen. Ionized gas extends over 40 kpc in an odd radio circle host galaxy. Nature, 2024; DOI: 10.1038/s41586-023-06752-8