位于數(shù)十億光年之外的“宇宙貓頭鷹”，是詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）發(fā)現(xiàn)的一對正在碰撞的環(huán)狀星系。它也是研究星系如何演化的“一個(gè)絕佳的自然實(shí)驗(yàn)室”。

嗚呼呼呼！那是誰？那是“宇宙貓頭鷹”！ —— 詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）的最新奇異發(fā)現(xiàn)。

一項(xiàng)利用JWST數(shù)據(jù)的新研究幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)距離我們數(shù)十億光年、長著貓頭鷹面孔的物體在注視著我們。這個(gè)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)極其罕見的環(huán)狀星系發(fā)生極不尋常的碰撞形成，同時(shí)也作為一個(gè)自然實(shí)驗(yàn)室，研究人員可以在其中研究伴隨星系演化的許多過程。

星系有多種形狀，從像我們家園星系銀河系那樣旋渦狀的旋渦星系，到雪茄狀的M82星系。環(huán)狀星系（如霍格天體）是一種稍顯奇特的類型。當(dāng)一個(gè)小星系徑直穿過其較大的伴星系時(shí)，沖擊波會將恒星和氣體拋出，在核心周圍形成一個(gè)環(huán)，這些星系便由此形成。

環(huán)狀星系相當(dāng)罕見，僅占迄今發(fā)現(xiàn)的所有星系的0.01%。然而，更罕見的是在碰撞時(shí)被探測到的一對環(huán)狀星系 —— 這正是“宇宙貓頭鷹”的本質(zhì)，正如6月11日發(fā)布在預(yù)印本平臺arXiv上的一篇論文所述。該論文尚未經(jīng)過同行評審，但該天體已被另一獨(dú)立探測到同一碰撞的團(tuán)隊(duì)所證實(shí) —— 他們在6月19日發(fā)布到arXiv的論文中將其命名為“無限（Infinity）星系”。

該新研究的第一作者、中國清華大學(xué)天文系的博士生李明宇（音譯）表示，他和他的合著者是偶然發(fā)現(xiàn)了這個(gè)形似飛鳥的天文奇觀。

“我們當(dāng)時(shí)正在使用公開的JWST數(shù)據(jù)，分析一個(gè)被深入研究、名為COSMOS天區(qū)的所有射電源，”他在一封電子郵件中說。COSMOS天區(qū)是迄今最大的天空拼接圖，覆蓋范圍達(dá)2平方度。李明宇補(bǔ)充說，由于JWST的高分辨率成像能力，這對碰撞的星系對立刻脫穎而出。

這些快照顯示這兩個(gè)星系非常相似：除了都是環(huán)狀星系外，兩者都相對較小。每個(gè)星系的直徑約為26,000光年，大約是銀河系直徑的四分之一。此外，每個(gè)星系的核心 —— 在超大質(zhì)量黑洞周圍緊密聚集著古老恒星 —— 形成了貓頭鷹的眼睛。JWST的精細(xì)數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)黑洞的質(zhì)量都超過太陽質(zhì)量的1000萬倍，正猛烈地吸積周圍物質(zhì)，使得星系核心成為“活躍星系核”。

相比之下，JWST圖像顯示，位于兩個(gè)星系之間的碰撞前沿 —— “喙部” —— 是“一個(gè)極其劇烈的活動區(qū)域”，李明宇說。研究人員利用智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，喙部包含一個(gè)巨大的分子氣體團(tuán)塊。李明宇將其描述為“恒星形成的原始燃料”，正被星系碰撞相關(guān)的沖擊波擠壓。ALMA數(shù)據(jù)還將貓頭鷹的紅移值確定為1.14，距離我們大約110億光年。

此外，位于新墨西哥州的甚大陣（VLA）的射電頻率觀測表明，從一個(gè)星系黑洞噴發(fā)出的帶電粒子噴流正猛烈撞擊并進(jìn)一步壓縮著分子氣體云。根據(jù)李明宇的說法，沖擊波和射電噴流共同“觸發(fā)了一次大規(guī)模的恒星形成爆發(fā)”，將喙部變成了一個(gè)“恒星搖籃”。

星系碰撞的模擬顯示它們會持續(xù)數(shù)億年。在這個(gè)案例中，研究人員估計(jì)碰撞發(fā)生在3800萬年前，這意味著貓頭鷹的面孔很可能在很長一段時(shí)間內(nèi)仍清晰可見。

但李明宇說，這只貓頭鷹不僅在視覺上引人注目，它也是“一個(gè)絕佳的自然實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樗孾研究人員]得以在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)看到多個(gè)關(guān)鍵的星系演化過程。”

事實(shí)上，這只貓頭鷹已經(jīng)為星系如何形成和增長提供了寶貴的見解。李明宇表示，星系碰撞和喙部區(qū)域的射電噴流引發(fā)的恒星形成爆發(fā)，“可能是一種至關(guān)重要且先前被低估的機(jī)制，能夠快速高效地將氣體轉(zhuǎn)化為恒星。”他補(bǔ)充說，這可能有助于研究人員理解在宇宙早期歷史中，星系是如何如此迅速地積累其恒星質(zhì)量的。

研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究這只貓頭鷹，以了解其形成的物理過程。李明宇說，對星系氣體的模擬將幫助研究人員“理解導(dǎo)致形成如此稀有、對稱的‘雙環(huán)’形態(tài)的精確條件 —— 例如碰撞角度和星系的原始結(jié)構(gòu)。”

這只貓頭鷹加入了JWST此前發(fā)現(xiàn)的一系列形狀怪異的天文現(xiàn)象行列。其中包括一個(gè)由星系形成的問號狀結(jié)構(gòu)，以及一顆新生恒星發(fā)出的、形似貓尾巴的纖細(xì)氣體云。

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