'J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?'

銀河 黑洞 宇宙 愛德文·哈勃 老胡說科學 2019-08-10
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J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​如果我們能得到J1420-0545的高質量光學圖像,它們可能看起來像它的近親——巨大的無線電星系3C 236的這張照片。這張哈勃圖像只顯示了星系的核心。

銀河系的直徑約為50至60 kiloparsecs ——一箇中等大小的螺旋星系。它比最小的星系,像M60-UCD1這樣的超緊湊型矮星大幾個數量級,它們的大部分恆星聚集在一個小於50到100 kiloparsecs的球體中。在光譜的另一端是超巨型橢圓星系,更正式的名稱是cD星系,其漫射暈寬可達1-2百萬kiloparsecs。從這個角度來看,仙女座星系距離我們只有0.78 Mpc。這意味著IC 1101的200萬kiloparsecs長恆星光環——有時被譽為可觀測宇宙中已知的最大星系——可以從銀河系延伸到仙女座星系,然後再延伸到其他星系。

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J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​如果我們能得到J1420-0545的高質量光學圖像,它們可能看起來像它的近親——巨大的無線電星系3C 236的這張照片。這張哈勃圖像只顯示了星系的核心。

銀河系的直徑約為50至60 kiloparsecs ——一箇中等大小的螺旋星系。它比最小的星系,像M60-UCD1這樣的超緊湊型矮星大幾個數量級,它們的大部分恆星聚集在一個小於50到100 kiloparsecs的球體中。在光譜的另一端是超巨型橢圓星系,更正式的名稱是cD星系,其漫射暈寬可達1-2百萬kiloparsecs。從這個角度來看,仙女座星系距離我們只有0.78 Mpc。這意味著IC 1101的200萬kiloparsecs長恆星光環——有時被譽為可觀測宇宙中已知的最大星系——可以從銀河系延伸到仙女座星系,然後再延伸到其他星系。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​IC 1101,可能是宇宙中已知最大的星系。它的漫射光暈看起來可能不大,但它向每個方向延伸了大約1百萬kiloparsecs。

然而,與另一類物體——射電星系相比,IC 1101就相形見絀了。射電星系是強同步輻射的來源,這種輻射來自於粒子在磁場作用下沿彎曲路徑加速產生的輻射。活躍的星系核是罪魁禍首,超大質量黑洞吸收物質並釋放出高能電子。在大多數情況下,這些噴射流的長度達數百kiloparsecs,有些甚至更長。

本文討論目前已知最大的射電星系J1420-0545。更確切地說,它擁有迄今為止觀測到的最大的無線電“繭”。這些繭是由噴流的激波等離子體形成的結構,噴流向外膨脹進入星系間介質(IGM),幷包裹噴流及其形成的葉。整個J1420-0545周圍的無線電結構是巨大的,從一端到另一端延伸到4.69 Mpc——1500萬光年。繼續往下讀,你會發現這個星系是多麼的不同尋常,儘管我們對主星系本身知之甚少,但我們對它巨大的’繭‘卻瞭解得如此之多。

VLA對J1020-0545的觀測表明,1.4 GHz輻射的主要來源是兩個較大的無線電響葉和一個較弱的中心源。星系本身就處在十字準星上,是星點中的一個小點。那個星系的紅移值是0.42-0.46,但是有很大的不確定性,所以研究小組在Suhora山天文臺進行了他們自己的光學光度測量。由此得到的光譜被證明在兩個方面是有用的。首先,光譜學使研究小組能夠弄清他們所觀察的是哪種星系。與射電葉不同的是,中心發出的光無法被分辨,也不可能像我們拍攝鄰居仙女座菌株那樣拍攝銀河系。幸運的是,有一個解決方案:4000次間斷。

橢圓星系通常很古老,是由不同類型的小星系合併和碰撞形成的。恆星形成水平較低,這意味著與恆星形成的螺旋星系和透鏡星系相比,年輕、熾熱、藍色的恆星相對較少。現在,在波長略小於4000 a的情況下,由於金屬在恆星大氣中的吸收,發射量會下降。在大多數星系中,當存在熱恆星時,熱恆星就會填補這個空白。然而,在橢圓星系中,幾乎沒有熱恆星,因此在4000埃左右的光譜中存在“不連續”。

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J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​如果我們能得到J1420-0545的高質量光學圖像,它們可能看起來像它的近親——巨大的無線電星系3C 236的這張照片。這張哈勃圖像只顯示了星系的核心。

銀河系的直徑約為50至60 kiloparsecs ——一箇中等大小的螺旋星系。它比最小的星系,像M60-UCD1這樣的超緊湊型矮星大幾個數量級,它們的大部分恆星聚集在一個小於50到100 kiloparsecs的球體中。在光譜的另一端是超巨型橢圓星系,更正式的名稱是cD星系,其漫射暈寬可達1-2百萬kiloparsecs。從這個角度來看,仙女座星系距離我們只有0.78 Mpc。這意味著IC 1101的200萬kiloparsecs長恆星光環——有時被譽為可觀測宇宙中已知的最大星系——可以從銀河系延伸到仙女座星系,然後再延伸到其他星系。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​IC 1101,可能是宇宙中已知最大的星系。它的漫射光暈看起來可能不大,但它向每個方向延伸了大約1百萬kiloparsecs。

然而,與另一類物體——射電星系相比,IC 1101就相形見絀了。射電星系是強同步輻射的來源,這種輻射來自於粒子在磁場作用下沿彎曲路徑加速產生的輻射。活躍的星系核是罪魁禍首,超大質量黑洞吸收物質並釋放出高能電子。在大多數情況下,這些噴射流的長度達數百kiloparsecs,有些甚至更長。

本文討論目前已知最大的射電星系J1420-0545。更確切地說,它擁有迄今為止觀測到的最大的無線電“繭”。這些繭是由噴流的激波等離子體形成的結構,噴流向外膨脹進入星系間介質(IGM),幷包裹噴流及其形成的葉。整個J1420-0545周圍的無線電結構是巨大的,從一端到另一端延伸到4.69 Mpc——1500萬光年。繼續往下讀,你會發現這個星系是多麼的不同尋常,儘管我們對主星系本身知之甚少,但我們對它巨大的’繭‘卻瞭解得如此之多。

VLA對J1020-0545的觀測表明,1.4 GHz輻射的主要來源是兩個較大的無線電響葉和一個較弱的中心源。星系本身就處在十字準星上,是星點中的一個小點。那個星系的紅移值是0.42-0.46,但是有很大的不確定性,所以研究小組在Suhora山天文臺進行了他們自己的光學光度測量。由此得到的光譜被證明在兩個方面是有用的。首先,光譜學使研究小組能夠弄清他們所觀察的是哪種星系。與射電葉不同的是,中心發出的光無法被分辨,也不可能像我們拍攝鄰居仙女座菌株那樣拍攝銀河系。幸運的是,有一個解決方案:4000次間斷。

橢圓星系通常很古老,是由不同類型的小星系合併和碰撞形成的。恆星形成水平較低,這意味著與恆星形成的螺旋星系和透鏡星系相比,年輕、熾熱、藍色的恆星相對較少。現在,在波長略小於4000 a的情況下,由於金屬在恆星大氣中的吸收,發射量會下降。在大多數星系中,當存在熱恆星時,熱恆星就會填補這個空白。然而,在橢圓星系中,幾乎沒有熱恆星,因此在4000埃左右的光譜中存在“不連續”。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​超巨型橢圓星系NGC 4889光譜的陡降特徵是4000埃不連續。作為一個E4星系,它的形狀是中等橢球體。

研究小組還發現了其他光譜特徵,證實了J1420-0545是橢圓星系的假設。既然他們已經知道了他們希望看到的光譜類型,他們就可以為之建立一個模型。對[O II]和Ca II吸收線的測量產生了z~0.03067的新紅移,使物體比原先認為的更靠近。由於紅移(因此距離)是已知的,以及射電繭的角大小,因此可以估計出它的大小——假設傾角為90°,這是由核心發出的微弱輻射所暗示的。一個簡單的計算表明,射流必須是4.69 Mpc長。

這種規模的無線電結構並非史無前例。巨大的射電星系3C 236已經被發現,並被發現有一個長度為4.4 Mpc的無線電繭。然而,J1420-0545令人驚訝的不僅僅是它的大小,還有它的年齡。對噴氣機和周圍介質的最佳模型發現,該結構的年齡約為4700萬年。另一方面,3C 236被認為存在了1.1億年,是這個數字的兩倍多。那麼,相對年輕的射電星系J1420-0545為何如此之大?

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J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​如果我們能得到J1420-0545的高質量光學圖像,它們可能看起來像它的近親——巨大的無線電星系3C 236的這張照片。這張哈勃圖像只顯示了星系的核心。

銀河系的直徑約為50至60 kiloparsecs ——一箇中等大小的螺旋星系。它比最小的星系,像M60-UCD1這樣的超緊湊型矮星大幾個數量級,它們的大部分恆星聚集在一個小於50到100 kiloparsecs的球體中。在光譜的另一端是超巨型橢圓星系,更正式的名稱是cD星系,其漫射暈寬可達1-2百萬kiloparsecs。從這個角度來看,仙女座星系距離我們只有0.78 Mpc。這意味著IC 1101的200萬kiloparsecs長恆星光環——有時被譽為可觀測宇宙中已知的最大星系——可以從銀河系延伸到仙女座星系,然後再延伸到其他星系。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​IC 1101,可能是宇宙中已知最大的星系。它的漫射光暈看起來可能不大,但它向每個方向延伸了大約1百萬kiloparsecs。

然而,與另一類物體——射電星系相比,IC 1101就相形見絀了。射電星系是強同步輻射的來源,這種輻射來自於粒子在磁場作用下沿彎曲路徑加速產生的輻射。活躍的星系核是罪魁禍首,超大質量黑洞吸收物質並釋放出高能電子。在大多數情況下,這些噴射流的長度達數百kiloparsecs,有些甚至更長。

本文討論目前已知最大的射電星系J1420-0545。更確切地說,它擁有迄今為止觀測到的最大的無線電“繭”。這些繭是由噴流的激波等離子體形成的結構,噴流向外膨脹進入星系間介質(IGM),幷包裹噴流及其形成的葉。整個J1420-0545周圍的無線電結構是巨大的,從一端到另一端延伸到4.69 Mpc——1500萬光年。繼續往下讀,你會發現這個星系是多麼的不同尋常,儘管我們對主星系本身知之甚少,但我們對它巨大的’繭‘卻瞭解得如此之多。

VLA對J1020-0545的觀測表明,1.4 GHz輻射的主要來源是兩個較大的無線電響葉和一個較弱的中心源。星系本身就處在十字準星上,是星點中的一個小點。那個星系的紅移值是0.42-0.46,但是有很大的不確定性,所以研究小組在Suhora山天文臺進行了他們自己的光學光度測量。由此得到的光譜被證明在兩個方面是有用的。首先,光譜學使研究小組能夠弄清他們所觀察的是哪種星系。與射電葉不同的是,中心發出的光無法被分辨,也不可能像我們拍攝鄰居仙女座菌株那樣拍攝銀河系。幸運的是,有一個解決方案:4000次間斷。

橢圓星系通常很古老,是由不同類型的小星系合併和碰撞形成的。恆星形成水平較低,這意味著與恆星形成的螺旋星系和透鏡星系相比,年輕、熾熱、藍色的恆星相對較少。現在,在波長略小於4000 a的情況下,由於金屬在恆星大氣中的吸收,發射量會下降。在大多數星系中,當存在熱恆星時,熱恆星就會填補這個空白。然而,在橢圓星系中,幾乎沒有熱恆星,因此在4000埃左右的光譜中存在“不連續”。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​超巨型橢圓星系NGC 4889光譜的陡降特徵是4000埃不連續。作為一個E4星系,它的形狀是中等橢球體。

研究小組還發現了其他光譜特徵,證實了J1420-0545是橢圓星系的假設。既然他們已經知道了他們希望看到的光譜類型,他們就可以為之建立一個模型。對[O II]和Ca II吸收線的測量產生了z~0.03067的新紅移,使物體比原先認為的更靠近。由於紅移(因此距離)是已知的,以及射電繭的角大小,因此可以估計出它的大小——假設傾角為90°,這是由核心發出的微弱輻射所暗示的。一個簡單的計算表明,射流必須是4.69 Mpc長。

這種規模的無線電結構並非史無前例。巨大的射電星系3C 236已經被發現,並被發現有一個長度為4.4 Mpc的無線電繭。然而,J1420-0545令人驚訝的不僅僅是它的大小,還有它的年齡。對噴氣機和周圍介質的最佳模型發現,該結構的年齡約為4700萬年。另一方面,3C 236被認為存在了1.1億年,是這個數字的兩倍多。那麼,相對年輕的射電星系J1420-0545為何如此之大?

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​射電星系的窄噴流在與星系間介質的邊界處被弓形激波所包圍,同時還有一個射電繭。

答案原來是星系間介質本身,即充滿星系間空間的熱等離子體。星系中心的IGM比3C 236的中心低約20倍,這意味著與噴流膨脹相對的氣體壓力也相應降低。J1420-0545的AGN功率也比3C 236的AGN大50%,再加上週圍IGM密度明顯較低,這意味著噴流進入星系間空間時阻力要小得多,因此可以在更短的時間內擴張得更快更遠。

這當然迴避了一個問題:為什麼本地IGM在如此大的範圍內如此稀少?最初,該小組認為它只是一個自然密度不足的空間區域,類似於一個真空——在大爆炸後不久形成的幾十個百萬分之一秒的密度不足。然而,經過額外的VLA和GMRT測量,他們考慮了另一種可能性:這些’噴氣機‘是不止一輪AGN活動的結果。

研究小組建議將J1420-0545歸類為雙雙線電星系(DDRG)。DDRGs顯示出兩對葉狀突起,排列在幾度之內,這表明AGN中心經歷了一段時間的活動,關閉,然後重新啟動。來自舊VLA和GMRT數據的關鍵信息表明J1420-0545可能是一種極端的DDRG,這是其噴氣機的形狀。窄噴流的特徵是雙雙射電星系正在經歷第二個活動週期。

如果DDRG假說是正確的,那麼應該有第二個微弱的外部無線電繭圍繞著這個結構。在AGN活動的第一個週期後,一旦噴流停止,繭應通過同步輻射和逆康普頓散射的能量損失迅速冷卻;如果選擇合適的參數,它很有可能低於VLA和GMRT的靈敏度。然而,研究小組希望未來更高靈敏度的測量能夠發現它。

一個有趣的轉折是,大約在同一時間,有人提出3C 236也是一個DDRG——儘管它處於AGN活動第二階段的早期階段(Tremblay et al. 2010)。一組科學家在其核心附近觀察到四個明亮的“節點”,在遠紫外線下可以看到。它們似乎與AGN的塵盤有關,大約有1000萬年的歷史。

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J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​如果我們能得到J1420-0545的高質量光學圖像,它們可能看起來像它的近親——巨大的無線電星系3C 236的這張照片。這張哈勃圖像只顯示了星系的核心。

銀河系的直徑約為50至60 kiloparsecs ——一箇中等大小的螺旋星系。它比最小的星系,像M60-UCD1這樣的超緊湊型矮星大幾個數量級,它們的大部分恆星聚集在一個小於50到100 kiloparsecs的球體中。在光譜的另一端是超巨型橢圓星系,更正式的名稱是cD星系,其漫射暈寬可達1-2百萬kiloparsecs。從這個角度來看,仙女座星系距離我們只有0.78 Mpc。這意味著IC 1101的200萬kiloparsecs長恆星光環——有時被譽為可觀測宇宙中已知的最大星系——可以從銀河系延伸到仙女座星系,然後再延伸到其他星系。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​IC 1101,可能是宇宙中已知最大的星系。它的漫射光暈看起來可能不大,但它向每個方向延伸了大約1百萬kiloparsecs。

然而,與另一類物體——射電星系相比,IC 1101就相形見絀了。射電星系是強同步輻射的來源,這種輻射來自於粒子在磁場作用下沿彎曲路徑加速產生的輻射。活躍的星系核是罪魁禍首,超大質量黑洞吸收物質並釋放出高能電子。在大多數情況下,這些噴射流的長度達數百kiloparsecs,有些甚至更長。

本文討論目前已知最大的射電星系J1420-0545。更確切地說,它擁有迄今為止觀測到的最大的無線電“繭”。這些繭是由噴流的激波等離子體形成的結構,噴流向外膨脹進入星系間介質(IGM),幷包裹噴流及其形成的葉。整個J1420-0545周圍的無線電結構是巨大的,從一端到另一端延伸到4.69 Mpc——1500萬光年。繼續往下讀,你會發現這個星系是多麼的不同尋常,儘管我們對主星系本身知之甚少,但我們對它巨大的’繭‘卻瞭解得如此之多。

VLA對J1020-0545的觀測表明,1.4 GHz輻射的主要來源是兩個較大的無線電響葉和一個較弱的中心源。星系本身就處在十字準星上,是星點中的一個小點。那個星系的紅移值是0.42-0.46,但是有很大的不確定性,所以研究小組在Suhora山天文臺進行了他們自己的光學光度測量。由此得到的光譜被證明在兩個方面是有用的。首先,光譜學使研究小組能夠弄清他們所觀察的是哪種星系。與射電葉不同的是,中心發出的光無法被分辨,也不可能像我們拍攝鄰居仙女座菌株那樣拍攝銀河系。幸運的是,有一個解決方案:4000次間斷。

橢圓星系通常很古老,是由不同類型的小星系合併和碰撞形成的。恆星形成水平較低,這意味著與恆星形成的螺旋星系和透鏡星系相比,年輕、熾熱、藍色的恆星相對較少。現在,在波長略小於4000 a的情況下,由於金屬在恆星大氣中的吸收,發射量會下降。在大多數星系中,當存在熱恆星時,熱恆星就會填補這個空白。然而,在橢圓星系中,幾乎沒有熱恆星,因此在4000埃左右的光譜中存在“不連續”。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​超巨型橢圓星系NGC 4889光譜的陡降特徵是4000埃不連續。作為一個E4星系,它的形狀是中等橢球體。

研究小組還發現了其他光譜特徵,證實了J1420-0545是橢圓星系的假設。既然他們已經知道了他們希望看到的光譜類型,他們就可以為之建立一個模型。對[O II]和Ca II吸收線的測量產生了z~0.03067的新紅移,使物體比原先認為的更靠近。由於紅移(因此距離)是已知的,以及射電繭的角大小,因此可以估計出它的大小——假設傾角為90°,這是由核心發出的微弱輻射所暗示的。一個簡單的計算表明,射流必須是4.69 Mpc長。

這種規模的無線電結構並非史無前例。巨大的射電星系3C 236已經被發現,並被發現有一個長度為4.4 Mpc的無線電繭。然而,J1420-0545令人驚訝的不僅僅是它的大小,還有它的年齡。對噴氣機和周圍介質的最佳模型發現,該結構的年齡約為4700萬年。另一方面,3C 236被認為存在了1.1億年,是這個數字的兩倍多。那麼,相對年輕的射電星系J1420-0545為何如此之大?

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​射電星系的窄噴流在與星系間介質的邊界處被弓形激波所包圍,同時還有一個射電繭。

答案原來是星系間介質本身,即充滿星系間空間的熱等離子體。星系中心的IGM比3C 236的中心低約20倍,這意味著與噴流膨脹相對的氣體壓力也相應降低。J1420-0545的AGN功率也比3C 236的AGN大50%,再加上週圍IGM密度明顯較低,這意味著噴流進入星系間空間時阻力要小得多,因此可以在更短的時間內擴張得更快更遠。

這當然迴避了一個問題:為什麼本地IGM在如此大的範圍內如此稀少?最初,該小組認為它只是一個自然密度不足的空間區域,類似於一個真空——在大爆炸後不久形成的幾十個百萬分之一秒的密度不足。然而,經過額外的VLA和GMRT測量,他們考慮了另一種可能性:這些’噴氣機‘是不止一輪AGN活動的結果。

研究小組建議將J1420-0545歸類為雙雙線電星系(DDRG)。DDRGs顯示出兩對葉狀突起,排列在幾度之內,這表明AGN中心經歷了一段時間的活動,關閉,然後重新啟動。來自舊VLA和GMRT數據的關鍵信息表明J1420-0545可能是一種極端的DDRG,這是其噴氣機的形狀。窄噴流的特徵是雙雙射電星系正在經歷第二個活動週期。

如果DDRG假說是正確的,那麼應該有第二個微弱的外部無線電繭圍繞著這個結構。在AGN活動的第一個週期後,一旦噴流停止,繭應通過同步輻射和逆康普頓散射的能量損失迅速冷卻;如果選擇合適的參數,它很有可能低於VLA和GMRT的靈敏度。然而,研究小組希望未來更高靈敏度的測量能夠發現它。

一個有趣的轉折是,大約在同一時間,有人提出3C 236也是一個DDRG——儘管它處於AGN活動第二階段的早期階段(Tremblay et al. 2010)。一組科學家在其核心附近觀察到四個明亮的“節點”,在遠紫外線下可以看到。它們似乎與AGN的塵盤有關,大約有1000萬年的歷史。

J1420-0545是迄今為止發現的最大的星系嗎?

  • ​3C 236核心的恆星形成節。原子核本身,隱藏著一個超大質量黑洞,被塵埃帶所包圍

3C 236的兩個大的射電葉似乎是遺蹟,它有一個更小的( 2kpc)緊湊的結構。這是一個關鍵的證據,表明它也可能是一個DDRG:緊湊的無線電結構似乎與結的年齡相同,這意味著無論什麼事件導致一個可能導致另一個。例如,如果一個新的氣體儲藏庫變得可用,它可以為AGN活動和新一輪恆星形成提供燃料。如果這是真的,並且緊湊的源最終導致噴氣機,3C 236可能最終達到J1420-0545或更大的尺寸。

J1420-0545是否應該被稱為已知最大的星系?我們不知道它的恆星光環有多大,但它肯定比環繞它的巨大無線電繭小得多。與此同時,繭狀體代表了星系和星系間介質之間的一個非常明顯的邊界,其中的激波等離子體的行為應該與IGM中的等離子體非常不同。有意思的是,不像普通的橢圓星系有漫射暈,我們可以指出這個巨大的星系在哪裡結束,以及星系間空間從哪裡開始。

也許有一天,我們會發現一個比J1420-0545還要大的巨大射電星系,而這個問題將毫無意義。不過現在,我把這個問題留到以後再討論——我將等待更多的VLA數據。一個外部繭的確鑿證據可能即將出現。我們所要做的就是等著瞧。

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