恒星污染，星系回收

来源：牧夫天文

原作：Miles Hatfield

翻译：黄雪妮

校译：牧夫天文校对组

编排：葛明红

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/stars-pollute-but-galaxies-recycle/

星系曾经被认为是宇宙中的孤岛:一簇簇的物质漂浮在空旷的空间中。我们现在知道它们其实是被更大的但几乎看不见的尘埃和气体云所包围。天文学家称之为环星系介质，简称CGM。CGM就像一个巨大的回收工厂，吸收星系喷出的物质，之后再将它们送回去。

美国国家航空航天局的远紫外罗兰圆成像和光谱望远镜(FORTIS)将研究这种循环过程，以帮助解决几个未解之谜。FORTIS将乘坐在新墨西哥州的白沙导弹场发射的探空火箭进入太空，然后观察附近的一个星系，测量其恒星和超新星泵入周围的CGM的气体。这些观测将有助于了解物质是如何在星系内外循环的，从而推动恒星的形成和星系的演化。FORTIS的发射窗口将在10月27日开启。

研究星系生命周期的天文学家一直在与两个主要的谜团作斗争。

首先，为了形成新的恒星，星系需要燃料——像氢、氦这样的气体，有时还需要更重的元素。但是，许多星系在天文学家预测它们的燃料应该已经耗尽后，仍然继续形成恒星。额外的气体从何而来?

第二，现有恒星的副产品似乎消失了。“随着恒星年龄的增长，它们会污染周围的环境，”约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)天体物理学家、FORTIS的首席研究员斯蒂芬·麦克坎德利斯(Stephan McCandliss)说。“他们吸收周围的物质，然后再把它们吹出去。”

但科学家们发现，充满恒星的星系并没有像推测那样受到金属污染——这些重金属元素是在恒星燃烧时形成的。富含金属的气体既进入又离开星系，但没人知道是怎么回事。

天文学家们早就知道CGM的存在，但大多数CGM太过昏暗和分散，无法进行详细的研究。但在2009年，宇宙起源光谱仪被添加到哈勃太空望远镜，使得天文学家可以对CGM进行研究。

在两年后，天文学家们对42个星系的CGM进行了研究，发现它们充满了气态金属。这正是天文学家一直在寻找的星系中缺失的金属。

这些富含金属的气体并不是停着不动，而是作为持续循环过程的一部分，被CGM在星系内外来回传递。

格林贝尔特马里兰州NASA戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的天体物理学家斯科特·波特(Scott Porter)说：“CGM对理解星系演化有至关重要的作用，因为它是形成恒星所需的燃料的储存库。”

引力将气体从CGM拉向星系中心，为星系注入新的燃料来制造恒星。与此同时，恒星风和超新星将金属射入CGM，补充了供给。

一颗巨大的恒星在“核心坍缩”的超新星中爆炸的动画。超新星是星系向周围星系介质喷射富含金属的气体的一种方式。

Credits: NASA/JPL-Caltech

FORTIS将计算出有多少气体在这个循环过程中被泵入CGM。具体来说，该望远镜通过测量恒星风和超新星来找出有多少气体被吹进CGM，以及有多少没有进去。

“如果气体以非常高的速度喷射，它将完全逃离星系，”McCandliss说。贵金属可能会通过CGM被摄入星系间空间而离开循环系统。“但如果它们以较低的速度被喷射出去，它们则会继续留在循环系统中。”

FORTIS将乘坐探空火箭飞上高空。探空火箭是一种亚轨道太空运载工具，在返回地球之前，它将在太空中运行15分钟。FORTIS将对准位于270万光年之外的三角座星系，也被称为M33。三角座很明亮，许多新形成的恒星都有很强的恒星风。

三角座星系，也被称作M33。

Credits: NASA,ESA,and M.Durbin, J.Dalcanton,and B.F. Williams (University of Washington)

在观测M33约一分钟后，FORTIS将聚焦于它最亮的恒星群和超新星，以测量其风的速度和组成。“这将让我们了解物质是如何循环的，以及有多少物质被移动了，”McCandliss说。

和许多探测火箭的任务一样，FORTIS将在测试新工具的同时研究这些科学问题。在这次飞行中，FORTIS使用的是下一代微快门阵列，其设计基于美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯•韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)。升级后的仪器将允许FORTIS一次测量40个不同的目标，远紫外线的波长将超过早期版本所能分辨的范围。

“这是新技术带来的新科学，”McCandliss说。“我们希望把员工训练成更大、更好的团队。”

FORTIS将在新墨西哥州的白沙导弹场用一枚黑色Brant IX探空火箭发射搭载。它会飞到大约155英里的高度，然后返回地球。该团队预计观测时间为6分钟，总飞行时间约为15分钟。发射窗口将在美国东部时间10月27日晚10点30分开启。