新的赫歇尔数据揭示了对两个年轻星系内部动力学的洞察力

年轻的星系SDSS090122.37 + 181432.3，也称为S0901，在这里被视为中央明亮星系左侧的明亮弧。S0901的扭曲视图是由引力透镜引起的，该引力透镜是由位于观察者和S0901之间的一个或多个星系引起的。尽管透镜的一种效果是使图像失真，但另一种效果是放大了被透镜物体的光。利用这种效应，科学家可以使用赫歇尔（Herschel）的HIFI仪器研究S0901。

研究人员发现了一个名为S0901的年轻星系，它以平静的方式旋转，这是较为发达的星系（例如我们自己的螺旋银河系）所特有的。

Herschel的新结果使我们对两个年轻星系的内部动力学有了非凡的洞察力。令人惊讶的是，他们表明，在大爆炸发生仅几十亿年之后，一些星系就以一种成熟的方式旋转，似乎已经完成了其气藏的积累。

当星系形成时，它们通过重力吸引巨大的外部气体云来积累质量。当气体云进入银河系时，它们会落入杂乱无章的轨道。这些无序的路径会在宿主星系中引起湍流，这会推动恒星的形成。

为了研究形成星系的内部条件，来自亚利桑那州立大学的James Rhoads和Sangeeta Malhotra及其同事针对了两个年轻的星系，即S0901和克隆。两个星系的光花了100亿年的时间才能到达整个太空。因此，我们看到了他们还比较年轻的时候。

“该项目的目的是研究这些星系中气体的物理条件。我们想知道：它们是否与我们周围的星系相似，或者它们的物理条件是否存在某些差异，” Rhoads说。

他们选择研究的两个星系是宇宙历史上那个时期的平均星系。这意味着它们大约是我们银河系的10％至20％，在当今的宇宙中，银河系被认为是一个平均星系。

通常，研究如此遥远的星系通常会受阻，因为它们看上去太暗而无法有效研究，但在这种情况下，研究人员得到了被称为万有引力透镜的宇宙放大镜的帮助。这两个星系都位于星系的中间，这些星系的重力使空间变形。正如爱因斯坦的广义相对论所描述的那样，这种扭曲就像一个镜头。尽管它会使年轻星系的图像失真，但可以通过放大它们的光线来帮助它，从而使它们处于Herschel HIFI仪器的控制范围之内。

星系SDSS090122.37 + 181432.3的赫歇尔光谱。在158微米处，离子化碳的峰值发射线加倍（红色拟合线），表明该星系正在旋转，湍流很小。这种特征通常与这种年轻的银河系无关，相反，它更经常被视为银河系成熟的标志。

研究人员使用HIFI研究了电离碳的红外光，该碳以158微米的波长（1900 GHz的频率）发射。该光谱线是在围绕恒星形成区域的云层中产生的。HIFI显示该线扩大为双峰，这使气体的运动可以拟合模型。

首先，该团队对银河系的整体旋转进行了拟合，然后对气团中的湍流进行了拟合。令他们惊讶的是，他们发现星系S0901的表现极为出色。人们发现它不是湍流，而是有序旋转，更类似于当今的雄伟星系。

“通常，当天文学家在这个早期时代检查星系时，他们发现湍流比现代星系起着更大的作用。但是S0901显然是该模式的例外，克隆可能是另一种模式。” Rhoads说。

克隆，他们研究中的第二个星系，也可以通过有序的旋转来拟合。但是，由于它有些暗淡，因此数据质量不是很好。这意味着数据也可以像传统观点所期望的那样，采用高度湍流的模型进行拟合。

SDSS J120602.09 + 514229.5（克隆）的Herschel光​​谱。在此，数据比S0901的噪声大，并且可以多种方式拟合离子化碳的发射线（158微米）。红色虚线和红色实线显示双峰轮廓，表明银河系中几乎没有湍流。红色虚线和蓝色实线显示了湍流在银河系中起主要作用的模型。从统计上讲，最佳拟合是红色实线，该峰是双峰的。

马尔霍特拉说：“ 100亿年前的星系比现在更活跃地制造恒星，它们通常还表现出更大的湍流，可能是因为它们比现代星系更快地积聚了气体。但是这里有一些早期星系的案例，这些案例将现代行星的“平静”旋转与早期星系的活跃恒星形成结合在一起。这首先表明这些星系至少在目前为止已经完成了它们的气体积累。但似乎实际上并不需要湍流来触发早期活跃的恒星形成。

马尔霍特拉（Malhotra）承认他们研究的初步性质。“这不是硬道理。我们需要一个更大的样本来确定我们的结论。”她说。

但是，更大的样本将不会被赫歇尔调查。如预期的那样，保持HIFI和Herschel其他仪器正常工作所需的液氦冷却剂在2013年4月用完了。相反，研究人员希望继续使用Heracchel在阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）上开展的工作，阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列是智利地面上的66个广播天线阵列。

“令人震惊的是，借助Herschel / HIFI（诚然借助引力透镜），有可能在宇宙只有几十亿年历史的时候研究星系内部的气体运动学，我们可以从中学到什么这边走。ESA的Herschel项目科学家GöranPilbratt说：“ Herschel的这项开创性工作将继续下去。”

背景资料

此处报告的研究基于在ESA的Herschel空间天文台SDSS090122.37 + 181432.3（称为S0901）和SDSS J120602.09 + 514229.5上使用ESD Herschel太空天文台上的外差远红外仪器（HIFI）进行的观测结果。克隆。结果发表在“赫歇尔极限透镜线观测值：J. Rhoads等人的两个红移z = 2“附近的强透镜恒星形成星系的动力学，将出现在2014年5月20日的《天体物理学杂志》，第787卷，第1期中。

赫歇尔（Herschel）是欧空局的天文台，由欧洲领导的首席调查员联合会提供科学仪器，美国宇航局的重要参与。

HIFI仪器是一种非常高分辨率的外差光谱仪，可在157至625 m波长范围内的七个波µ段中工作。 HIFI是由欧洲，加拿大和美国的研究所和大学部门组成的财团在荷兰SRON荷兰空间研究所的领导下设计和建造的，德国，法国和美国的主要贡献是。HIFI联盟成员是：CSA，U。Waterloo（加拿大）； CESR，LAB，LERMA，IRAM（法国）； KOSMA，MPIfR，MPS（德国）； NUI Maynooth（爱尔兰）； ASI，IFSI-INAF，意大利阿塞特里天文观测所（意大利）； SRON，TUD（荷兰）； CAMK，CBK（波兰）;国家天文台（IGN），天文生物中心（CSIC-INTA）（西班牙）；查尔默斯科技大学– MC2，RSS和GARD，瑞典国家航天局Onsala空间天文台，斯德哥尔摩大学–斯德哥尔摩天文台（瑞典）； ETH Zurich，FHNW（瑞士）;加州理工学院，联合实验室，NHSC（美国）。

赫歇尔号于2009年5月14日发射升空，并于2013年4月29日完成了科学观测。

出版物：詹姆斯·E·罗德斯（James E. Rhoads）等人，“赫歇尔极限透镜线观测：靠近红移z = 2的两个强透镜恒星形成星系的动力学”，2014，ApJ，787，8； doi：10.1088 / 0004-637X / 787/1/8

研究报告的PDF副本：赫歇尔极限透镜线观察：靠近红移z = 2的两个强透镜恒星形成星系的动力学

图片：NASA / STScI； S. Allam和团队；以及Master Lens数据库（masterlens.org），L。A. Moustakas，K。Stewart等人。（2014）； ESA / Herschel / HIFI。致谢：美国亚利桑那州立大学的James Rhoads和Sangeeta Malhotra