太惊艳啦！哈勃观测到两个星系间完美“潮汐之尾”

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这张来自NASA/ESA哈勃太空望远镜的图像

显示了“星系三联体” Arp 248中的两个星系。

（图片来源：ESA / Hubble&NASA，

Dark Energy Survey / 

Department of Energy / Fermilab）

Arp 248是三个相互作用的小星系，位于室女座，距离我们约2亿光年。

该图像显示了Arp 248其中两个星系，它们位于图片背景中另一个较小的不相关星系的两侧。

这两个星系由恒星、气体和尘埃形成的“纽带”连接起来，这条“纽带”是星系物质在引力作用下相互拉扯而形成的。

Arp 248也被称为“怀尔德的三联体”

（Wild’s Triplet），以天文学家保罗·怀尔德

（Paul Wild，1923-2008 年）的名字命名，

他曾在1950年代初研究了这个三联体。

（图片来源：Adam Block / Mount Lemmon SkyCenter

 / University of Arizona）

天文学家称这些“纽带”称为“潮汐尾巴”。

当像Arp 248这样富含尘埃和气体的星系合并时，经常形成“尾巴”。

这类“尾巴”由来自合并星系的外螺旋盘的物质形成，它们孕育着活跃的恒星形成过程（图中蓝色区域）。

上图来自一个天文观测项目，该项目观测了赫顿·阿尔普（ Halton Arp） 的两大“异常星系集合”。

阿尔普是一位美国天文学家，他于1966年首先创建了《奇异星系图集》（Atlas of Peculiar Galaxies）。

该图集包含338个星系，这些星系因其不同寻常的形状而被选中。

他打算用这个图集来着重介绍星系所具有的各种特殊结构。

宇宙中布满了星系，

它们的形状因相互作用和合并而改变。

上图里是半人马座 A（Centaurus A），

一个椭圆星系，大约在3亿年前与螺旋星系合并。

合并形成了黑暗的尘埃带——

而这通常不是椭圆星系的特征。

合并还在半人马座 A的核心形成了螺旋状的气体。

（图片来源：ESA / 欧空局）

我们现在知道这些星系具有如此奇怪的形状，是因为它们正在相互作用并可能合并。

阿尔普当时并不同意这种解释，并表示这种不寻常的演化是由于“喷射”（ejections）造成的。

但无论如何，阿尔普意识到天文学家对星系如何随时间变化并不十分了解，他打算让天文学家使用他的星系图集来研究星系演化。

观测项目中的第二个阿尔普的“异常星系集合”被称为《南方奇异星系和协会目录》（A Catalogue of Southern Peculiar Galaxies and Associations）。

它由阿尔普和他的同事巴里·马多尔（Barry Madore）于1987年出版。该目录包含25种不同的天体，包括带有尾巴的星系。

自星系图集和目录出版以来，天文学家增进了他们对“相互作用星系”（interacting galaxies）和星系合并（galaxy mergers）的了解——我们开始了解到合并在星系演化中起着重要作用。

“相互作用星系”遍布整个宇宙，

它们有时会引发恒星剧烈碰撞，

有时又会导致新星系的隐秘合并。

上图这些照片选自NASA/ESA哈勃太空望远镜

存档的原始图像中的59张碰撞星系图像。

（图片来源：NASA / ESA / STScI）

随着天文学家更详细地研究相互作用星系，他们发现了一类新的天体，他们称之为“星系间恒星形成天体”（ISFO/intergalactic star-forming objects）。

ISFO是一类“定义很宽泛”的天体，它们可以捕获星系相互作用时形成的不同类型的天体。

ISFO可能是由于“潮汐互动”（tidal interactions）和相互作用星系中物质的碰撞而形成的。

它们也可能是由于气体和尘埃流入尾部，并通过这些混合过程演化而形成。

ISFO的质量范围可以从超级星团到天文学家所说的“潮汐矮星系”（TDG/ tidal dwarf galaxies）。

2012年基于斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey）的一篇论文估计，大约6%的矮星系可能有“潮汐起源”。

注：

当引力源对物体产生力的作用时，由于物体上各点到引力源距离不等 所以受到引力大小不同 从而产生引力差，对物体产生撕扯效果，这种引力差就是潮汐力（tidal force）。

当一个天体甲受到天体乙的引力的影响，力场在甲面对乙跟背向乙的表面的作用，有很大差异。这使得甲出现很大应变，甚至会化成碎片（参见洛希极限）。除非引力场完全相等，否则这些应变还是会出现。

潮汐力会改变天体的形状而不改变其体积。比如地球的每部分都受到月球的引力影响而加速，在地球的观察者因此看到海洋内的水不断重新分布。

这张图片显示了NGC7252，

这是一个在十亿多年前由

两个星系合并而成的奇特星系。

白色圆圈突出了在尾部形成的

两个潮汐矮星系（TDG）的位置。

研究人员认为，大约6%的矮星系是TDG。

（图片来源：Frederic Bournaud / Pierre-Alain Duc）

ISFO通常在引力作用下与星系绑定——但究竟有多少ISFO与星系保持绑定，以及绑定多长时间，仍然是悬而未决的问题。

有时来自潮汐流的物质会流回星系，引发更多的恒星形成。

所有这些相互作用的剩余物质，都使星际介质富含尘埃和金属。

天文学家现在认为大约25%的星系目前正在与其他星系合并。

根据哈佛天体物理中心（Harvard Center for Astrophysics）的数据，星系们即使没有开始合并，它们也正在走向合并的路上——它们之间会发生引力相互作用。

我们的银河系就是这方面的活例子——因为它吞噬了来自麦哲伦星云（Magellanic Clouds）和人马座矮星系（Sagittarius Dwarf Galaxy）的气体甚至恒星。

而在数十亿年后，银河系和仙女座星系也将合并——谁知道合并时会产生什么庞然大物呢？

这一系列照片和插画预测了

我们银河系与邻近的仙女座星系之间合并的情形。

（图片来源：NASA / ESA / Z. Levay and

 R. van der Marel，STScI，

T. Hallas，and A. Mellinger）

超大质量黑洞（SMBHs，supermassive black holes）如何变得如此巨大也是一个开放的研究领域。

天体物理学家知道合并是SMBH成长过程的一部分，但他们不知道的却更多。

（图片来源：NASA、ESA、CSA 和STScI）

詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了“斯蒂芬五重奏”（Stephan’s Quintet）的这张照片。这是一个由五个星系组成的结构，其中四个正在相互作用，而第五个只是视觉上的关联。

上图最左边的星系是NGC7320，它位于其他四个星系的前景中。

该图像由近1,000张单独的照片合成。这四个星系的恒星及其相互作用产生了明亮的“尾巴”、活跃恒星形成区域、包含数百万颗年轻恒星的熠熠生辉区域、以及NGC 7318B在穿过星团时产生的冲击波。NGC 7318B是距离我们最近的那对星系中更靠前的一个。

哈勃太空望远镜的高级巡天相机（ACS，Advanced Camera for Surveys）仔细检查了这些“形状异常”的相互作用星系，为未来更详细的研究奠定了基础。

哈勃将使用其携带的其他仪器检查其中另一些目标，詹姆斯·韦伯太空望远镜和ALMA望远镜也将如此。

注：

ALMA望远镜建在智利北方沙漠，2013年3月全部竣工并投入使用。该望远镜共由66个天线构成，总长度约16公里。ALMA望远镜是一个国际合作的天文设施，由欧洲、北美、东亚与智利共和国合作运作。

参考：https://www.universetoday.com/158536/the-perfect-tidal-tail-connects-these-two-galaxies-seen-by-hubble/

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