美国宇航局强大的韦伯太空望远镜将探索合并星系的核心

尽管在可见光下观看时，NGC 3256中的两个星系似乎合并了，但发现第二个明亮的核隐藏在中心区域的尘埃带缠结之中。通过在地面和太空中使用一系列望远镜，GOALS（大天文台全天空LIRG调查）研究团队一直在从X射线到无线电波长分析诸如NGC 3256之类的星系。NGC 3256具有埋没的活动核，来自两个强大流出的大规模撞击以及大量紧凑，明亮的星团。詹姆斯·韦伯太空望远镜即将进行的研究将帮助研究人员更多地了解外流，这将使他们能够更好地对冷热气体进行建模，并确定这对快速发展的星系如何以及在何处形成恒星产生了什么影响。

当星系碰撞时，就好像交响乐中的所有演奏者都开始了激烈的渐进式演奏：当它们的恒星和气体向中心下落时，恒星形成逐渐升级。同时，星系的黑洞会吞噬并发光，将能量和物质释放到周围的气体中。这些持续了数亿年的“遗迹”在星系中心（称为核）合并的地方最为明亮，而这些区域也充满了尘埃。到目前为止，尚无法从太空中穿透灰尘的高分辨率红外观测。NASA的James Webb太空望远镜的观测结果将返回红外图像和光谱，这将使研究人员能够为我们对工作中的精确力学的理解增加难以置信的细节。

探索望远镜如何使人们可以回顾过去并研究宇宙的历史，以及美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将如何填充有关星系演化的新细节。宇宙历史的最早页面是空白的，但韦伯可以让我们比以往任何时候都更早地回顾过去，从而有助于填补宇宙故事中遗失的页面。

由位于帕萨迪纳的加利福尼亚理工学院/ IPAC的Lee Armus和弗吉尼亚大学的Aaron Evans以及位于夏洛茨维尔的国家射电天文台组成的研究小组将研究被称为发光红外星系的相互作用星系的中心。Armus解释说：“韦伯的仪器将为我们解决这些星系中正在发生的事情提供巨大的飞跃。”“图像和光谱的灵敏度不仅比以前的红外数据高50到100倍，而且还清晰得多。”

这些合并的星系通常是富含气体的旋涡星系，这意味着它们在碰撞之前仍在形成恒星。当它们彼此靠近并进行微妙的“舞蹈”时，星系中的气体失去了角动量并向中心漏斗。这会以更快的速度触发额外的恒星形成，每年多达数百个太阳质量，而在像我们这样的正常恒星形成星系中，每年只有一到两个。恒星形成时，它们加热周围的尘埃，并在红外光中产生大量能量。

从地球上看，由于组成NGC 7469的星系几乎都是正面朝上的，因此更容易识别可能存在黑洞的区域。星系的右上角生活着一个强大的，积聚着的超大质量黑洞，周围环绕着一圈年轻的恒星。需要詹姆斯·韦伯太空望远镜提供的高分辨率红外图像，以确定恒星在中央超大质量黑洞周围形成的星体与银河系中较远的恒星形成的星体是否有所不同。韦伯还将帮助研究人员追踪气体流出，这将有助于查明星际介质受到影响的位置和方式，从而推动或抑制恒星形成。

韦伯的高分辨率红外仪器将使研究人员能够首次解析中央恒星形成区域。埃文斯说：“我们的目标是观察小到150至300光年的区域。”“就背景而言，这些星系跨越了数亿光年。韦伯将清除所有尘埃，并看到其核心所在的活动。”

拉回“尘土飞扬”的窗帘

团队的每个目标都是一个更大的跨十年计划的一部分，该计划被称为GOALS，即大天文台全天候LIRG调查。研究团队已经研究了200多个电磁光谱，这些光谱涵盖了从无线电和紫外线到可见光和X射线的电磁光谱，并为每一个建立了可靠的数据集。

这些正在合并的星系，称为II Zw 096，是恒星形成的壮观爆发点，在图像中间附近的红色斑点中暗示了这一点。这个尘土覆盖的区域掩盖了明亮的恒星爆发，这在较长波长的红外光下变得更加明显。上面的图像结合了哈勃太空望远镜的近红外，可见光和远紫外线观测结果。研究人员利用来自美国宇航局Spitzer太空望远镜的红外数据估计，生活在这张图像中心的红色小区域的星爆正在以每年约100个太阳质量的惊人速度发射恒星。即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜将使研究人员能够穿透尘埃并寻找一个埋藏的，迅速增长的超大质量黑洞。

研究人员精心选择了四个目标（每个目标由两个星系组成），通过添加高分辨率的红外数据，可以更全面地了解这些合并星系中正在发生的活动。它们具有一系列特征，尽管所有特征都以强烈的恒星形成或活跃的超大质量黑洞为特征：

两个核位于NGC 3256的中心，但一个核基本上被暗带所掩盖，因此进行红外观测对于充分了解恒星形成的位置和黑洞的可能位置以及它们如何相互影响至关重要。NGC 7469拥有一个星爆环和一个中央明亮的活跃银河核，带有射流，这两个原子核都产生了强大的银河风，但是它们的性质在很大程度上是未知的。韦伯的观测将帮助研究人员确定中心的活跃核如何影响星系中心的恒星形成。尘埃还笼罩了组成VV 114的一对星系之一。尽管众所周知，在两个相互作用的星系中都出现了广泛的恒星形成，但是一个星系在红外光下明亮，另一个在紫外光下发光。韦伯将为我们提供这个迷人而复杂的合并对的最清晰的视野。IIZw 096在GOALS星系中是独一无二的，因为其巨大的红外能量来自非常紧凑的区域，与两个合并星系的原子核都不相关。这个物体产生的恒星比银河系快近100倍，但在该区域的面积不到千分之一。韦伯将通过美国宇航局退役的斯必泽太空望远镜跟踪这些星系，使研究人员能够穿透尘埃并寻找一个埋藏的，迅速增长的超大质量黑洞。

要发现导致这些情况的过程，必须确定韦伯的恒星形成的位置和速度，并通过韦伯的红外观测来测量中心黑洞所积聚的气体数量。“所有这些物体，包括恒星和黑洞，都在争夺资源，”阿姆斯解释说。黑洞需要气体来生长，随着它们的生长，它们变得充满活力并带动流出。反过来，这些流出会通过加热并推走气体来影响恒星的形成方式。使用Webb，我们将能够了解所有这些流程之间的相互作用。

除了图像，韦伯还将从这四个合并星系的中心收集光谱。“这些图像会告诉我们事物的位置，但是光谱提供了真正丰富的信息：他们告诉您那里存在什么，以及它可能如何移动，”加州大学欧文分校的共同研究人员Vivian U说。

为了了解这些合并星系的中心正在发生的事情，研究小组需要核周围活动区域的影像和高度详细的光谱图，远胜于能提供观测到的整个区域平均值的光谱。韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）及其中红外仪器（MIRI）可以做到这一点，这将使研究人员不仅可以测量存在的东西，而且还可以测量第一个原子核形成恒星区内的物理条件。时间。

U继续说道：“直到您试图找出它们背后发生的事情，灰尘通道才是美丽的。”“在近红外和中红外，我们将开始观察灰尘。通过首次观察到小规模的事件，我们将了解气体和尘埃如何影响这些环境中的恒星形成和星际介质。”

具有深远意义的研究意义

尽管合并星系的理论模型证明了恒星是如何形成的，但它们目前尚不能精确地解释超大质量黑洞和许多炽热的年轻恒星如何影响其周围环境，或气体如何在星系合并中移动。Webb数据应该使研究人员清楚地了解合并星系的中心，并为新一代描述星系如何相互作用和合并的模型提供信息。

作为这项研究的一部分，该团队将更新和交付最初为Sp​​itzer太空望远镜数据编写的软件，以适应Webb光谱并生成不同发射线和颜色的星系图。该团队还将使用该软件来绘制核周围气体的动态图，并研究流出如何影响其演化。

除了使研究这些或类似物体的科学家受益外，该计划还将展示韦伯在广泛科学应用中的能力，帮助其他科学家有效，高效地使用天文台实现其自身的科学目标，并对附近的星系进行详尽的观察。可能类似于早期宇宙中的年轻系统。

这项研究是Webb总监自由裁量权早期发行（ERS）计划的一部分。该计划为望远镜任务的早期阶段中选定的项目提供了时间，使研究人员可以快速学习如何最好地利用Webb的功能，同时还可以产生强大的科学知识。

詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜将于2021年发射升空，它将是世界上最重要的太空科学天文台。韦伯将解决我们太阳系中的谜团，将目光投向其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。Webb是一项由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。