E+A星系:神秘的魔武家族?

光明网 2021-06-23 22:30:05

“E + A”的由来

在浩瀚的宇宙大家庭里,有一种神秘的星系家族,在这些家族里,占据主导地位的是活跃的年轻成员:A型星,而从家族logo上看,还拥有椭圆星系家族的血脉,因此,形成了E+A独特而罕见的双修家族。

图1. E+A 星系光谱与测光图像(图源:杨海峰和SDSS)

短暂的后星爆(post-starburst)阶段

在E+A家族的经脉中:1)拥有超强的Balmer吸收脉络,意味着A型成员的主导地位;没有Ha和[OII]发射脉络,OB型成员的缺席或没落,星爆或恒星形成意外停止;2)拥有强大的Mg吸收脉络,与K型成员的脉络非常相似,因此,也称之为“K+A”家族;而Mgb/Fe的比例关系显示,在该家族中a元素有增丰现象。

这些证据都显示他们处在星系家族演化的后星爆阶段,而E+A家族存在的时期只有1Gyr,相对于漫长的星系演化历史而言,非常短暂,简直可以说是昙花一现,因此,我们要从茫茫星海中捕捉E+A家族,极其困难。

图2. 年龄段与主导星族关系(图源:网络)

星爆起源

如何揭开E+A家族神秘的面纱?第一个要回答的问题就是星爆的起源。关于这个问题,江湖上流传着三个流派:

1)超级家族-星系团。该流派的代表是MORPHS,Dressler,Gunn等人,由于E+A家族最初是在星系团中发现,因此认为星爆的起源应来自星系团潮汐场或者星系团内部介质。但是2005年Goto等人对相对较多的E+A家族所处环境进行了调查,认为星爆与团环境或大尺度结构没有直接的关系;

图3. 星系团图例(图源:网络)

2)尘埃笼罩下的恒星形成。该流派的代表是Poggianti,Smail等人,受传统的星系演化理论影响,认为其恒星形成是由尘埃引起,而通过对红外、射电等波段的观测研究,发现E+A家族与尘埃星爆也没有直接关系;

3)家族并合或频密的交互活动。该流派的代表是Zabludoff等人,并合和相互作用是星系家族演化的主要助推力之一,并且过半数的E+A星系都存在伴星系,稠密环境中的E+A家族比较稀少,也说明可能是家族并合或频密交互活动所致。该流派目前影响力比较大,但真实的起源,仍需要我们进一步去探索。

星爆终止原因

E+A家族中终止恒星形成的原因,目前仍是个谜,需要更高空间分辨率的观测,由于强烈的星爆消耗了大量稠密的分子云,有效地抑制了恒星形成,而残余的中性氢最终可能推动恒星形成到更深的阶段,从这个角度来看,我们捕捉到的E+A家族可能正处在恒星形成循环中的不活跃阶段。

图4. 分子云图例(图源:网络)

我们如何找到他们

E+A家族非常稀少,针对性的捕捉比较困难,而近年来巡天项目的实施,给我们从茫茫星海中,挖掘该家族提供了重要的机会。如LAMOST是一架横卧南北方向的中星仪式反射施密特望远镜,坐落在河北省承德市兴隆县的兴隆观测基地上,LAMOST巡天目前已获取千万量级的光谱;SDSS开始于2000年,是最有影响力的巡天项目之一,旨在获取海量测光及光谱数据以研究宇宙大尺度结构、星系的形成与演化等天体物理学领域的重大前沿课题。

Goto于2005年给出了低分辨光谱上识别E+A家族的判据,并且利用SDSS发现了1194个E+A家族,杨海峰等人在此基础上,针对在LAMOST光谱上识别的判据进行了修正,补充了70个近邻家族,目前已知的E+A家族仍处在千级别。

图5. LAMOST和SDSS望远镜(图源:于海童、网络)

为了更深入了解E+A家族的秘史,我们不仅要从宏观上获取更多的样本,而且需要进行微结构、微轮廓的深度探索,这样我们就需要瞄准近邻星系不同的位置进行重复观测。

等等,重复观测?每次观测环境不一样,怎么比较?对不准咋办?

图6. IFU示意图(图源:网络)

一只眼睛连续看当然受不了了,我们可以排上眼睛阵列,同时对不同位置进行观测,IFU的设计可以对极近邻且面向我们的星系,进行全方位的观测,相当于对每个目标进行核磁CT扫描,这样对E+A家族的奇经八脉、精细结构的探索提供了更好的机会。

当然了,对于遥远的E+A家族……还要努力……

作者简介:杨海峰,太原科技大学计算机科学与技术学院教授,主要从事大数据挖掘及应用、天文数据处理、光谱分析等研究工作。

文稿编辑:蔡 琳、赵宇豪

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