太空向我们抛出全新事物的情况并不常见,但在 2019 年,天文学家发现了一种完全未知的现象,他们称之为奇异射电圈(ORCs)。现在,更多的数据可能揭示了这些罕见天体是如何形成的。

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奇射电圈(ORC)的图像。由 MeerKAT 射电望远镜捕获的射电图像以绿色标出,背景则由暗能量巡天的光学和近红外数据填充 J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)

关于 ORC,你需要知道的都在名字里:它们是圆形的射电发射团,之所以说它们奇怪,是因为它们的形成原因尚不清楚。最初的几个天体是在澳大利亚平方公里阵列探路者(ASKAP)射电望远镜的数据中发现的,起初并不清楚它们是在银河系内的小天体,还是在更远的地方的巨大天体。

ORC非常微弱,红外线和光学波长都看不见,因此很难被研究,但2022年出现的更多信息开始帮助确定它们的身份。后一种情况被证实是真实的--ORC的体积巨大,宽达数百万光年,以某些星系为中心。事实证明,这可能是了解它们的关键。在这项新的研究中,天文学家发现了一个几乎字面意义上的铁证,将ORC与"Starburst"(星爆)星系联系在了一起。

这项研究的第一作者艾莉森-科尔(Alison Coil)说:"这些星系非常有趣。当两个大星系发生碰撞时,它们就会出现。合并会将所有气体推入一个非常小的区域,从而导致恒星形成的剧烈爆发。大质量恒星迅速燃烧殆尽,当它们死亡时,会以外流风的形式排出气体。"

当然,恒星诞生的同时也会有恒星死亡,所以这些星系在一段时间后会同时发生大量的超新星。由于大量恒星同时在附近爆炸,它们喷出的气体被加速成风,以每秒 2000 公里(1240 英里)的速度流出星系。研究小组怀疑ORC可能就是这一过程的后期阶段。

为了找出答案,他们用光学和红外光观察了位于一个ORC中心的星系。果然,那里的中心似乎有大量明亮、炽热的压缩气体。根据这些数据,他们确定该星系中的恒星大约有 60 亿年的历史,疯狂的恒星爆发期大约在 10 亿年前结束。

接下来,研究小组进行了模拟,计算了该星系、其恒星及其周围 ORC 的特性。结果显示,外流风吹了大约 2 亿年,然后停止了。之后,一股冲击波荡漾开来,把较热的气体推向更远的地方,形成了一个射电圈,而另一股冲击波则向相反的方向移动,把较冷的气体推回了星系。整个过程耗时约 7.5 亿年,研究小组称这与他们最初估计的结构年龄相符。

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星爆星系外流风如何形成奇异射电圈的模拟图像。Myr = 百万年。上部显示的是气体温度,下部显示的是径向速度。

科尔说:"要想实现这一目标,你需要一个高质的流出率,这意味着它能快速喷射出大量物质。银河系外的周围气体密度必须很低,否则冲击就会停滞。这是两个关键因素。事实证明,我们一直在研究的星系都具有这种高质外流率。它们很罕见,但确实存在。我真的认为这说明ORC源自某种外流星系风。"

这样一来,这些射电圈可能就不再显得那么奇怪了。但研究小组说,关于它们,我们还有很多东西要学,它们可以教给我们关于星系的一般知识。

科尔说:"它们还能帮助我们了解更多关于星系演化的信息:是否所有大质量星系都会经历一个ORC阶段?当螺旋星系不再形成恒星时,它们会变成椭圆星系吗?我认为我们可以从ORC中学到很多关于ORC的知识。与此同时,我们正兴奋地等待着下一个宇宙难题从太空深处出现。"

这项研究发表在《自然》杂志上。