ALMA对NGC 253的观测揭示了星爆星系的分子多样性和恒星形成演化过程

ALMA对NGC253的观测揭示了星爆星系的分子多样性和恒星形成演化过程由欧洲南方天文台/ALMA联合天文台的塞尔吉奥-马丁（SergioMartin）、日本国家天文台的原田七濑（NanaseHarada）和美国国家射电天文台的杰夫-曼格姆（JeffMangum）领导的研究小组利用ALMA（阿塔卡马大毫米波/亚毫米波阵列）观测了一个名为NGC253的星系的中心。NGC253位于雕刻星系方向大约1000万光年之外。NGC253是星爆星系的一个例子，在这个星系中，许多新恒星正在迅速形成。导致星爆发生的因素至今仍不十分清楚。不同颜色代表分子气体（蓝色）、休克区（红色）、相对高密度区（橙色）、年轻星爆（黄色）、成熟星爆（洋红色）以及受宇宙射线电离影响的分子气体（青色）的分布。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),N.Haradaetal.恒星的诞生、演化和死亡会改变周围气体的分子组成。ALMA的高灵敏度和高分辨率使天文学家能够确定表明恒星生命周期各个阶段的分子位置。这项名为ALCHEMI（ALMA全面高分辨率河外星系分子清单）的观测发现，高密度分子气体很可能正在促进这个星系中恒星的形成。NGC253中心的高密度气体数量比银河系中心的高出10倍以上，这可以解释为什么NGC253形成恒星的效率要高出30倍左右。ALCHEMI勘测还提供了一个包含44种分子的图集，比之前在银河系外的研究中提供的数量翻了一番。通过对该图集应用机器学习技术，研究人员能够确定哪些分子是追溯恒星形成过程从开始到结束的最佳路标。这些知识将有助于规划未来的ALMA观测。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428429.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428429.htm

大规模类星体爆发的秘密：相对论射流在茶杯星系的核心吹出气泡

大规模类星体爆发的秘密：相对论射流在茶杯星系的核心吹出气泡喷流对星系内容的影响，如恒星、尘埃和气体，在星系如何在宇宙中演变中起着重要作用。最强大的射电喷流，寄存在"大音量"星系中，负责急剧改变星系的命运，因为它们加热气体，阻止新的恒星形成和星系增长。对刺入盘状星系的相对论射流的计算机模拟预测，射流在进一步深入星系时通过吹泡改变了周围气体的形状。在模拟中，使喷流有效驱动风的关键因素之一是气态盘和喷流传播方向之间的角度。令人惊讶的是，像"无线电静止"星系中的喷流那样威力较小的喷流，能够比威力很大的喷流对周围介质造成更大的破坏。由IAC研究员AneliseAudibert领导的一个国际科学小组发现了一个理想的案例，在其中研究射电射流与大质量类星体周围冷气体的相互作用：茶杯星系。茶杯星系是一个距离我们13亿光年的无线电静止类星体，它的绰号来自于光学和无线电图像中看到的膨胀的气泡，其中一个气泡的形状像茶杯的把手。此外，中心区域（大约3300光年大小）蕴藏着一个紧凑而年轻的射电喷流，相对于星系盘来说，它的倾斜度很小。对恒星形成的影响利用在智利沙漠中用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）进行的观测，研究小组能够以前所未有的详细程度来描述茶杯中心部分的冷而密集的气体。特别是，他们检测到了一氧化碳分子的发射，这些分子只有在特定的密度和温度条件下才能存在。基于这些观察，研究小组发现，尽管紧凑的喷流功率很低，但它不仅明显地破坏了气体的分布并对其进行加热，而且还以一种不寻常的方式对其进行加速。研究小组预计会在沿喷流的受影响区域检测到极端情况，但是当他们分析观察结果时，发现在垂直于喷流传播的方向上，冷气体更加紊乱，更加温暖。"A.Audibert解释说："这是由喷气驱动的气泡所引起的冲击造成的，它在横向扩张中加热并吹动气体，"在与计算机模拟的比较支持下，我们认为冷气体盘和喷气之间的方向是有效驱动这些横向风的一个关键因素，"她补充说。"以前人们认为低功率喷流对星系的影响可以忽略不计，但是像我们这样的工作表明，即使是在无线电静止的星系中，喷流也可以重新分配和破坏周围的气体，这将对星系形成新星的能力产生影响，"IAC的研究员和该研究的共同作者CristinaRamosAlmeida说。研究工作的下一步是用MEGARA观测更大的射电安静类星体样本，这是安装在GranTelescopioCANARIAS（GTC或Grantecan）上的仪器。这些观测将帮助我们了解喷流对更脆弱和更热的气体的影响，并测量由风引起的恒星形成的变化。这是QSOFEED项目的目标之一，该项目由IAC的C.RamosAlmeida领导的一个国际团队开发，其目的是发现来自超大质量黑洞的风如何影响承载它们的星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354003.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354003.htm

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究表明，黑洞的质量接近太阳质量的十亿倍，而宿主星系的质量几乎是太阳质量的一百倍，这一比例与近代宇宙中发现的情况相似。斯巴鲁望远镜和JWST的强大组合为研究遥远的宇宙铺平了一条新的道路。遥远宇宙中存在如此巨大的黑洞，给天体物理学家带来了更多的问题，而不是答案。宇宙如此年轻，这些黑洞怎么可能长得如此巨大？更令人费解的是，对本地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与它们所在的更大的星系之间存在着明显的关系。星系和黑洞的大小完全不同，那么是黑洞先出现还是星系先出现呢？这是一个宇宙尺度上的"先有鸡还是先有蛋"的问题。JWSTNIRCam3.6μm拍摄的HSCJ2236+0032图像。放大图像、类星体图像以及减去类星体光线后的宿主星系图像（从左到右）。每幅图像中都标明了以光年为单位的图像比例。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.由卡夫利宇宙物理与数学研究所（KavliIPMU）项目研究员丁旭恒和约翰-西尔弗曼教授，以及北京大学卡夫利天文与天体物理研究所（PKU-KIAA）卡夫利天体物理学研究员小野上正夫萨领导的国际研究团队，已经开始利用2021年12月发射的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）来回答这个问题。研究宇宙早期宿主星系和黑洞之间的关系可以让科学家观察它们的形成过程，了解它们之间的关系。类星体很亮，而它们的宿主星系却很暗，这使得研究人员很难在类星体的强光下探测到星系的暗光，尤其是在很远的距离上。在JWST出现之前，哈勃太空望远镜能够探测到明亮类星体的宿主星系，当时宇宙的年龄还不到30亿年，但已经不再年轻了。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜将其主镜完全展开，形成在太空中时的构型。图片来源：NASA/ChrisGunnJWST在红外波段的超高灵敏度和超清晰图像终于让研究人员能够将这些研究推向类星体和星系最初形成的时间。就在JWST开始正常运行几个月后，研究小组观测到了两颗类星体，分别是HSCJ2236+0032和HSCJ2255+0251，红移分别为6.40和6.34，当时宇宙的年龄大约为8.6亿年。这两颗类星体是在夏威夷毛纳凯亚山顶的8.2米苏巴鲁望远镜的深度巡天计划中发现的。这两颗类星体的光度相对较低，是测量宿主星系特性的主要目标，宿主星系的成功探测代表了迄今为止在类星体中探测到星光的最早时间。卡弗利IPMU项目研究员丁旭恒、约翰-西尔弗曼（JohnSilverman）教授和卡弗利天文学和天体物理学研究所（PKU-KIAA）卡弗利天体物理学研究员MasafusaOnoue（左起）。图片来源：卡弗里国际天文物理研究所、卡弗里国际天文物理研究所、MasafusaOnoue这两颗类星体的图像是用JWST的NIRCam仪器以3.56和1.50微米的红外波长拍摄的，在仔细建模并减去来自吸积黑洞的眩光后，宿主星系变得清晰可见。在JWST的近红外光谱仪为J2236+0032拍摄的光谱中也可以看到宿主星系的恒星特征，这进一步支持了宿主星系的探测。对宿主星系光度的分析发现，这两个类星体宿主星系的质量很大，分别是太阳质量的1300亿倍和340亿倍。通过近红外光谱仪光谱对类星体附近湍流气体速度的测量表明，为类星体提供能量的黑洞质量也很大，分别是太阳质量的14亿倍和2亿倍。黑洞质量与宿主星系质量之比类似于近期星系的质量，这表明黑洞与其宿主星系之间的关系在宇宙大爆炸后8.6亿年就已经存在了。丁、西尔弗曼、奥努埃和他们的同事将利用计划中的第一周期JWST观测，用更大的样本继续这项研究，这将进一步制约黑洞及其宿主星系共同演化的模型。研究小组最近得知，他们已经获得了JWST在下一个周期的额外时间来研究黑洞及其宿主星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381743.htm

韦伯望远镜揭开螺旋星系NGC 5068恒星形成过程的秘密

韦伯望远镜揭开螺旋星系NGC5068恒星形成过程的秘密在詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄的这张图片上，尘埃和明亮的星团组成了一道精致的轨迹。这些明亮的气体和恒星卷须属于条形螺旋星系NGC5068，在这张图片的左上方可以看到其明亮的中央条形，这是韦伯的两个仪器的合成图。美国宇航局局长比尔-纳尔逊于6月2日在波兰华沙哥白尼科学中心与学生举行的活动中透露了这一图像。在这张由詹姆斯-韦伯太空望远镜的MIRI仪器拍摄的棒状螺旋星系NGC5068的图像中，螺旋星系的尘埃结构和包含新形成的星团的发光气体泡尤为突出。三颗小行星的轨迹闯入了这张图片，表现为蓝绿色的小红点。小行星出现在这样的天文图像中，是因为它们比遥远的目标更接近望远镜。当韦伯捕捉到天文物体的几张图像时，小行星就会移动，所以它在每一帧图像中显示的位置略有不同。在诸如这张来自MIRI的图像中，它们会更明显一些，因为许多恒星在中红外波长下并不像在近红外或可见光下那么明亮，所以小行星在恒星旁边更容易看到。一条线索就在银河系的条形图下面，还有两条在左下角。资料来源：ESA/Webb，NASA和CSA，J.Lee和PHANGS-JWST团队NGC5068距离地球约2000万光年，位于室女座。这个星系中央明亮的恒星形成区域的图像是创建天文宝库活动的一部分，宝库指的是是对附近星系中恒星形成的观测。这些观测对天文学家来说特别有价值，原因有二。首先是因为恒星的形成是天文学中许多领域的基础，从恒星之间的脆弱等离子体的物理学到整个星系的演变。通过观察附近星系中恒星的形成，天文学家们希望通过韦伯提供的一些首批数据来启动重大的科学进展。从詹姆斯-韦伯太空望远镜的NIRCam仪器上看到的这个条形螺旋星系NGC5068，上面布满了该星系的大量恒星，沿着其明亮的中央条形区域最为密集，同时还有被内部年轻恒星照亮的燃烧的红色气体云。这个星系的近红外图像被构成NGC5068核心的巨大的老式恒星聚集所填充。NIRCam的敏锐视觉使天文学家能够透过银河系的气体和尘埃来仔细检查它的恒星。密集而明亮的尘埃云沿着旋臂的路径分布：这些是HII区域，是氢气的集合体，新的恒星正在那里形成。年轻的、有活力的恒星将它们周围的氢气电离，形成了这种红色的光芒。资料来源：欧空局/韦伯，NASA和CSA，J.Lee和PHANGS-JWST团队韦伯的观测建立在使用包括哈勃太空望远镜和地面观测站在内的其他研究之上。韦伯收集了19个附近的成星星系的图像，然后天文学家可以将这些图像与哈勃的10000个星团的图像、甚大望远镜（VLT）对20000个成星发射星云的光谱图以及阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）识别的12000个黑暗、密集的分子云的观测相结合。这些观测跨越了电磁波谱，给了天文学家一个前所未有的机会来拼凑恒星形成的细枝末节。由于韦伯能够透过笼罩着新生恒星的气体和尘埃，它特别适合于探索恒星形成的过程。恒星和行星系统是在旋转的气体和尘埃云中诞生的，对于像哈勃或VLT这样的可见光观测站来说是不透明的。韦伯的两个仪器--MIRI（中红外仪器）和NIRCam（近红外相机）--在红外波长上的敏锐视觉使天文学家能够直接看到NGC5068中巨大的尘埃云，并捕捉到发生的恒星形成过程。这张图片结合了这两台仪器的能力，提供了一个真正独特的NGC5068的组成情况。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363483.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363483.htm

独特的三重形成中的原恒星照亮恒星进食机制

独特的三重形成中的原恒星照亮恒星进食机制三颗原恒星IRAS04239+2436的艺术印象。资料来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO）要了解多恒星的形成过程，就必须利用像ALMA这样的高分辨率和高灵敏度设备，直接观测多颗原恒星（形成中的恒星）诞生的瞬间。此外，最近对原恒星的观测经常报告出被称为"流线"的气体结构，即流向原恒星的气体流。观测这些流线非常重要，因为它们显示了原恒星是如何吸收气体成长的，但目前还不清楚这些流线是如何形成的。由于预计多恒星系统原恒星周围的气体流具有复杂的结构，因此利用ALMA的高分辨率进行详细观测是研究气体流起源的有力工具。三元原恒星IRAS04239+2436周围的气体分布，（左）ALMA观测到的SO发射，（右）超级计算机ATERUI数值模拟再现。左图中的原恒星A和B显示为蓝色，表示来自原恒星周围尘埃的无线电波。在原恒星A中，被认为存在两颗未解决的原恒星。右图中，三个原恒星的位置用蓝色叉号表示。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO),J.-E.Leeetal.Leeetal.详细观测和发现研究小组利用ALMA观测了年轻多恒星系统IRAS04239+2436周围一氧化硫（SO）分子发射的无线电波。IRAS04239+2436是一个"三元原恒星系统"，即由三颗原恒星组成的系统，距离我们约460光年。研究小组期待在出现冲击波的区域探测到SO分子，并看到原恒星周围剧烈的气体运动。观测结果是，他们在三倍原恒星周围探测到了SO分子，并发现SO分子的分布形成了延伸达400个天文单位的大旋臂。此外，他们还根据多普勒效应引起的无线电波频移，成功地获得了含有SO分子的气体的速度。根据对气体运动的分析，他们发现SO分子追踪到的螺旋臂确实是流向三倍原恒星的流线。李说："我们的ALMA图像最深刻的特征是在SO辐射中探测到了轮廓清晰的大型多臂结构，"他解释了这一发现的意义。"我的第一印象是，这些结构在一起跳舞，围绕着中心原恒星系统旋转，不过，后来我们发现，旋臂是哺育小恒星的物质通道"。超级计算机"ATERUI"模拟多恒星形成。影片显示，多颗原恒星诞生于丝状湍流气体云中，它们在运行过程中会激发螺旋臂并扰动周围的气体。资料来源：松本智明、武田孝昭、4D2U项目、日本国家天文台意义和比较分析为了进一步研究气体运动，研究小组将此次观测得出的气体速度与数值模拟得出的速度进行了比较。这些模拟是利用日本国立天文台计算天体物理学中心的天文学专用超级计算机"ATERUI"和"ATERUIII"进行的。在模拟中，气体云中形成了三颗原恒星，三颗原恒星周围受到扰动的气体激发了螺旋臂形式的冲击波。"我们发现，螺旋臂表现出气体流向三颗原恒星；它们是向原恒星提供气体的流线，"主持这项研究数值模拟的松本说。"模拟得出的气体速度与观测结果非常吻合，表明数值模拟确实可以解释流线的起源。"多星形成的混合方案通过比较观测数据和数值模拟结果，研究小组研究了这颗三重原恒星是如何诞生的。到目前为止，多恒星的形成有两种方案。第一种是"湍流碎裂情景"，即湍流气体云碎裂成气体凝聚体，每个凝聚体演变成一颗原恒星。第二种是"圆盘碎裂情景"，即一颗原恒星周围的气体圆盘碎裂，形成一颗新的原恒星，从而产生多颗恒星。这里观测到的三倍原恒星可以用一种混合情景来解释，即恒星形成过程开始时是一个湍流原生气体云，类似于湍流碎裂情景，然后，新的原恒星种子在盘中产生，类似于盘碎裂情景，周围的气体湍流导致旋臂广泛延伸。观测结果与模拟结果非常相似，这表明观测到的三倍原恒星是第一个被证实通过混合方案形成多恒星的天体。松本说："这是首次同时全面地阐明原恒星和流星的起源。ALMA观测与模拟的结合是揭示恒星形成秘密的有力工具。"对行星形成和未来研究的影响李认为，这项研究还揭示了多恒星系统中行星形成的困难。她说："行星诞生于围绕原恒星形成的气体和尘埃盘中。在这个三原恒星系统中，原恒星位于一个很小的区域内，原恒星周围的星盘很小，环绕原恒星运行的原恒星将星盘从其他原恒星上剥离。行星是在长期平静的环境中形成的。因此，IRAS04239+2436不太可能是一个有利于行星形成的环境"。松本讨论了这项研究对我们理解多恒星形成的影响。"通过混合方案实际观测到一个正在形成中的多恒星系统，将大大有助于解决有关多恒星形成方案的争论。此外，这项研究不仅证实了最近注意到的流线体的存在，还解释了它们是如何形成的，这标志着一项重大进展"。Jeong-EunLee等人在《天体物理学杂志》（AstrophysicalJournal）上发表的论文《分子线成像的三重原恒星系统的三重旋臂》（Triplespiralarmsofatripleprotostarsystemimagedinmolecularlines）介绍了这项研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385491.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385491.htm

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体

黑洞在宇宙大爆炸后不到十亿年形成类星体早期宇宙中似乎不可能存在超大质量黑洞，这已经是个问题了；詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了更早的超大质量黑洞星系，这只会让问题变得更糟。在最新的例子中，研究人员利用韦伯望远镜描述了一个由超大质量黑洞驱动的类星体，它存在于宇宙大爆炸后大约7.5亿年。它看起来正常得令人震惊。类星体是宇宙中最亮的天体，由主动进食的超大质量黑洞提供能量。它们周围的星系为它们提供了足够的物质，使它们形成了明亮的吸积盘和强大的喷流，两者都会释放出大量的辐射。它们通常有一部分被尘埃笼罩，尘埃吸收了黑洞释放的部分能量后会发光。这些类星体发出的辐射量非常大，最终会把附近的一些物质完全赶出星系。因此，早期宇宙中存在的这些特征将告诉我们，超大质量黑洞不仅存在于早期宇宙中，而且还与星系融为一体，就像近代的星系一样。但是要研究它们却非常困难。首先，我们发现的超大质量黑洞并不多；只有九颗类星体可以追溯到8亿年前的宇宙。由于距离太远，很难分辨出它们的特征，而且宇宙膨胀引起的红移将许多元素的强烈紫外线辐射带到了红外线深处。然而，韦伯望远镜是专门为探测早期宇宙中的天体而设计的，它对这种辐射出现的红外线波长非常敏感。因此，新的研究是基于将韦伯望远镜对准九个早期类星体中第一个被发现的类星体--J1120+0641。它看起来并没有什么与众不同，或者至少很像宇宙历史上最近时期的类星体。研究人员对类星体产生的连续辐射进行了分析，发现有明显迹象表明，类星体被嵌入了一个炙热的、布满尘埃的物质甜甜圈中，就像在后来的类星体中看到的那样。这种尘埃的温度略高于一些较新的类星体，但这似乎是这些天体在宇宙历史早期阶段的共同特征。来自吸积盘的辐射在发射光谱中也很明显。通过各种方法估算出的黑洞质量值是太阳质量的109倍，这显然是超大质量黑洞的范畴。还有证据表明，从某些辐射的轻微蓝移来看，类星体正在以大约每秒350公里的速度向外喷射物质。有几个奇怪的现象。一是物质似乎还在以每秒约300公里的速度向内坠落。这可能是由于吸积盘中的物质远离我们而旋转造成的。但如果是这样的话，在吸积盘的另一侧向我们旋转的物质也应该与之相匹配。这种现象在非常早期的类星体中也曾出现过几次，但研究人员承认这种效应的物理起源尚不清楚。他们提出的一种解释是，整个类星体都在移动，由于早先与另一个超大质量黑洞合并，类星体被震出了星系中心的位置。另一个奇怪的现象是，高度电离碳的外流速度也非常快，大约是类星体后期外流速度的两倍。这种情况以前也出现过，但也没有任何解释。尽管有些奇怪，但这个天体看起来很像近代的类星体，观测结果表明，尘埃环和（吸积盘）的复杂结构可以在宇宙大爆炸后不到760Myr的时间内在（超大质量黑洞）周围建立起来。同样，这也是个问题，因为它表明在宇宙历史的早期，就有一个超大质量黑洞与其宿主星系融为一体。黑洞要想达到这里所看到的大小，就必须突破所谓的"爱丁顿极限"--在产生的辐射驱赶掉邻近的物质、掐断黑洞的食物供应之前，黑洞所能吸入的物质数量。这说明有两种可能。一种是这些天体在其历史的大部分时间里摄取的物质远远超过了爱丁顿极限--这是我们没有观测到的，而且这颗类星体也绝对不是这样。另一种可能是，它们一开始的质量就很大（大约是太阳质量的104倍），并以更合理的速度不断进食。但我们并不清楚这么大的东西是如何形成的。因此，早期宇宙仍然是一个相当令人困惑的地方。DOI:10.1038/s41550-024-02273-0...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435229.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435229.htm