仙女座星系的巨大環暈

楊楊

借助美國航空航天局的哈勃空間望遠鏡，科學家發現，仙女座星系的周圍存在巨大的氣狀環暈。仙女座星系距離銀河系最近，體積為銀河系的6倍，加上氣狀環暈后，體積增加了1000倍。這個深不見底、近乎隱形的環暈距離仙女座星系約1萬光年，相當于仙女座星系與銀河系距離的1/2。

螺旋狀星系是宇宙中最常見的星系之一，這一發現有望向天文學家揭示其進化歷程及其內在結構。來自印第安納圣母大學的項目負責人尼古拉斯·雷納說：“實際上，環暈是星系中的氣體層。根據星系形成的模式，氣狀環暈的屬性決定著恒星星系形成的速率。”巨型環暈中彌漫著灼熱的氣體，質量約為仙女座星系恒星總質量的1/2。假如可以用肉眼看到仙女座星系的環暈，其視直徑約為滿月直徑的100倍，相當于伸直雙臂舉起兩個籃球覆蓋的天空面積。

仙女座星系，也被稱作M31，距離銀河系約250萬光年，輪廓模糊，形似紡錘，視直徑約為滿月直徑的6倍。很多研究人員認為，仙女座星系如同銀河系的孿生兄弟。

仙女座星系環暈中的氣體漆黑一片，研究小組可以借此觀察到明亮的背景對象，從而研究光線的變化規律。這就像在漆黑的夜晚，可以透過湖水觀察湖底的發亮光源。在這項研究中，最理想的背景光源就是類星體，它們是星系的核心，距離較遠，活動較劇烈，光線較強，全部能量均由黑洞提供。項目組選擇了仙女座后方的18個類星體作為研究對象，探索物質是怎樣擴散到星系中可見星盤之外的。

這項研究名為哈勃宇宙起源光譜儀氣狀環暈項目，其早期研究對象是44個遙遠星系，從中發現了許多類似于仙女座星系的氣狀環暈，但從未在鄰近的星系中發現體積如此龐大的環暈。由于之前研究的星系距離較遠，在天空中呈現的面積較小，每個遙遠星系背后都僅有一個類星體可供觀測，也就意味著每個星系僅有一個光錨點來確定其環暈規模及結構。由于仙女座星系距離地球較近，在天空中的面積較大，因此擁有更多的類星體光錨點可供選擇。

“在傳向哈勃空間望遠鏡的過程中，類星體散發出的部分光線會被環暈中的氣體吸收。因此，在一個非常小的波長范圍內，類星體的亮度會降低一點，”同樣來自圣母大學的合作者J.克里斯托弗·霍克解釋說，“我們可以通過測量光線亮度的降低程度，計算出銀河系和類星體之間的仙女座環暈氣體的總量。”

借助哈勃空間望遠鏡的特殊性能，科學家正在研究類星體發出的紫外線。紫外線可被地球大氣層吸收，因此地面望遠鏡很難完成這項觀測。項目組提取了哈勃空間望遠鏡5年來存儲的數據進行分析。之前的許多哈勃空間望遠鏡項目也研究了一些類星體，相較于仙女座，它們與銀河系的距離遠得多，但是大都與仙女座處于同一方向，所以可供參考的數據庫極為豐富。

但是，巨大的環暈究竟從何而來？大規模的星系模擬實驗表明，環暈和仙女座星系其余部分的形成時間大體同期。研究小組已經確定，仙女座星系的環暈富含氫元素和氦元素，只有爆炸的恒星（超新星）才能釋放出數量如此龐大的重元素。在恒星密集的仙女座星系星盤中，超新星爆炸使得這些重元素散播至外太空。仙女座星系的星盤直徑約為20萬光年，自仙女座星系形成以來，恒星爆炸釋放的一半重元素已經擴散至它的星盤范圍之外。

這對銀河系來說意味著什么呢？我們身處銀河系的內部，無法確定四周是否存在同樣龐大而外擴的環暈。這也就是所謂的見樹不見林。假如銀河系也存在這樣巨大的環暈，那么這兩個星系的“環暈很可能即將接觸，并且在兩大星系碰撞之前，悄無聲息地逐漸融合”。哈勃空間望遠鏡的觀測表明，約40億年后，仙女座星系將會和銀河系合二為一，形成一個更為巨大的橢圓星系。