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發現成長中的塵埃遮蔽星系(Dust Obscured Galaxy)

posted Aug 27, 2015, 12:46 AM by Lauren Huang   [ updated Aug 27, 2015, 8:49 PM ]
original press release of Subaru: http://subarutelescope.org/Pressrelease/2015/08/26/index.html

摘要

由愛媛大學、普林斯頓大學、日本國立天文臺等多機構成員共組而成的研究團隊,使用Subaru望遠鏡的HSC(Hyper Suprime-Cam)取得的觀測資料,對塵埃遮蔽星系”DOG”(DOG 全名為 Dust Obscured Galaxy)進行深入調查,發現48個DOG塵蔽星系(以下簡稱DOG星系,首度估算出DOG星系是否普遍。HSC是安裝在Subaru望遠鏡主焦點上的一座「新一代超廣角」天文相機,極適合尋找DOG這類稀有的星系。DOG星系在天文上具相當意義,一般認為其中心往往藏有正在經歷快速成長期的黑洞,本項研究成果能讓我們更了解超大質量黑洞及其宿主星系共演化的情形,從實際觀測方面為天文學界提供新線索。本所自2008年起與日本國立天文臺Subaru 望遠鏡團隊合作,參與HSC超廣角相機設計開發,為HSC計畫三成員之一。

1:三張DOG星系的影像,左、中、右分別代表可見光、近紅外、中紅外波段三種圖。分別來自HSCVIKING望遠鏡WISE衛星望遠鏡,除WISE以外,前二者屬於地面型望遠鏡,三張影像大小的長寬皆為20角秒(一角秒是一度角的1/3600)。如圖所示,在可見光波段看起來黯淡的DOG星系,在紅外波段極為明亮。(Credit: Ehime University/NAOJ/NASA/ESO)

星系和超大質量黑洞的共演化

在宇宙138億年歷史中,無論從觀測和理論方面來說,探討星系如何演化一直是許多天文學家積極投入的熱門研究,近年已經了解到幾乎所有質量巨大的星系中心都藏有超大質量黑洞,這種大黑洞的質量,多達太陽的10萬倍、甚至10億倍,並且大黑洞的質量和其宿主星系質量間具有相關性;本研究結果指出超大質量黑洞和宿主星系兩者在形成過程中相互作用密切,具有共演化co-evolution)的關係。

塵埃遮蔽星系Dust Obscured Galaxies

愛媛大学鳥語儀樹博士等人團隊為探知星系和黑洞之間共同演化的奧秘,選定這類DOG塵蔽星系為主要研究對象。DOG星系在可見光波段中因大量塵埃遮蔽而非常暗淡,但在紅外波段極明亮。一般認為,在紅外波段最亮的星系中,蘊藏正在活躍成長的黑洞。此外,DOG星系另一特色為,這類星系多集中在距今80億到100億年前左右,那也是宇宙中星系正在經歷恆星快速形成的高峰期,無論DOG星系或黑洞,當時都一起處在正快速生長中的狀態,為共演化的早期。不過因為DOG星系相當罕見又藏匿在極大量塵埃之中,所以過去透過可見光搜查能找到的這類星系數量很少。

透過HSC觀測塵蔽星系

HSC新一代超廣角相機自2012年起安裝在口徑8.2米的日本國立天文臺的Subaru望遠鏡上。這個相機具有極寬的視野,一次能看到大小相當於9個滿月的天區,Subaru望遠鏡HSC巡天普查計畫自2014年3月開始,將在5年期間獲300個夜晚的觀測時間。

首先,研究團隊由上述的HSC超廣角相機取得的初步觀測結果中篩選出DOG星系。由於DOG星系的特性,在紅外波段比可見光亮一千倍,除了用HSC的資料以外,該團隊還使用VIKING巡天計畫和WISE衛星望遠鏡的觀測結果,三者對本研究都有重要貢獻,因為WISE的全天普查資料可以幫忙發現罕見的DOG星系,而VIKING資料可提供更進一步的細節,三者搭配之下,研究團隊找到48DOG星系。這些DOG星系在紅外波段非常亮,紅外波段亮度達太陽10兆倍。從個數密度方面來說,這種在紅外波段超級亮的DOG星系在空間上分布的數量比例大約是每立方十億秒差距(即「per cubic gigaparsec」300個,1 gigaparsec相當於 3×10^25 公尺。理論上預測,DOG星系中心藏有正處於活躍演化階段的超大質量黑洞,本次研究成果已從其獨特的觀測角度,為星系和超大質量黑洞的共演化提供具體線索。

2: 本研究中所篩選出的DOG星系,在本圖中,Y軸是其每一立方gigaparsec個數密度,X軸是太陽紅外波段光度的對數。紅色星型標示出本次使用HSC觀測資料估算的數值統計結果;如圖中以紅色文字框所示,該研究團隊藉此指出兩項重點:1、研究團隊用觀測資料發現的是一批紅外波段亮度超過太陽10兆倍以上DOG星系,2、首度估算出這類紅外波段超級亮的天體之個數密度,大約是每一立方十億秒差距有300個。(1 gigaparsec=十億秒差距,相當於 3×10^25 公尺。)
(Credit: Ehime University/NAOJ/NASA/ESO)

摘要及展望

本研究重點摘要是:發現48個塵蔽星系,且首度探討了紅外波段明亮的DOG塵蔽星系在統計上的情形。

未來計畫方面,本研究論文第一作者鳥羽儀樹博士表示,HSC的靈敏度和視野廣度遠勝其他大型望遠鏡上安裝的儀器,因此在尋找DOG這類星系方面,它具有獨一無二的優勢,未來HSC巡天計畫完成時,覆蓋天區將達目前100倍,預期將能找到數千個DOG星系。他們打算透過多波段的望遠鏡觀測來更進一步探討這類塵蔽星系的特性以及在這類星系中心的黑洞性質。

第二作者長尾 透教授則認為,Subaru望遠鏡重點項目HSC巡天觀測計畫的成績現在只是剛嶄露頭角而已,未來除了星系演化以外,還將陸續呈現太陽系、恆星、鄰近星系和宇宙學等其他成果。

說明:

1. WISE英文全名是 Wide-field Infrared Survey Explorer,廣域紅外線巡天探測衛星,2009年發射升空,為美國NASA 所有
2. VIKING 的全名是 "VISTA Kilo-degree Infrared Galaxy survey",稱為"可見光和紅外巡天望遠鏡",為歐洲南天天文臺(ESO) 所有

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