说到恒星形成的速率,并非所有星系都一样。有些星系处于“熄灭”状态,这意味着它们耗尽了恒星形成所需的原料,导致形成的新恒星非常少。有些星系如银河系,则处于平均水准。但也有一些星系极为活跃,恒星形成速度非常快,因此被称为星暴星系。
星暴星系会经历明显的恒星形成时期,每年可以形成数百甚至数千颗太阳质量的恒星。因此,它们极其明亮,在红外线波段的亮度可达太阳数万亿倍。雪茄星系(M82)就是这些星暴星系之一,虽然由于尘埃的影响,它的极端亮度在可见光下并不明显,但詹姆斯韦伯太空望远镜可以轻松地在红外线下观察到该星系的恒星形成。
詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)利用其近红外线相机(NIRCam)拍摄了这张M82星系的短波形象。其中一些明亮的点源是超级星团,其恒星数量可达10万颗。天文学家利用这类形象中的数据来确定该星系的恒星形成率。(Source:NASA、ESA、CSA、STScI、A. Bolatto(UMD))
M82中的超级星团是此星系亮度增强的主要原因。某些超级星团拥有约10万颗恒星,其中一些恒星的数量甚至比一些球状星团还要多。星系需要充足的气体才能成为星暴星系,而M82很可能通过与邻近星系M81的引力互动作用获得了气体注入。这对星系大约花费1亿年左右互相绕行一次。这些相互作用使M82变形为细长的雪茄形状,并将M82外围区域的气体输送到核心,为其恒星形成过程提供了原料。
天文学家对M82及其邻居感兴趣,因为它们就像一个观察星系相互作用的实验室。一篇2024年的论文利用多环芳烃(PAH)的辐射披露了超新星爆发产生的复杂的细丝状气体和气泡网络,同时也披露了M82的星系外流。这些外流是星暴星系的另一个显著特征。
詹姆斯韦伯太空望远镜的形象也关注了多环芳烃 (PAH),它们显示了M82星系的外流,也就是那些看起来像是从M82星系中心发出的细长的明亮条纹。多环芳烃对天文学家很重要,因为它们在中红外线波段具有强烈的发射特性。它们与冷分子气体密切相关,有助于关注气体的运动。
詹姆斯韦伯太空望远镜的形象清楚显示了来自星系中心的星系外流风。这些外流风是由大量大质量恒星的形成以及超新星爆炸所驱动的。(Source:ESA/Webb、NASA和CSA,A. Bolatto。授权:CC BY 4.0 INT)
这些外流是因星系中的恒星形成活动所造成的。星暴活动产生了数千颗比太阳更热、质量更大的恒星。这些恒星会产生强大的恒星风,驱散气体。其中许多恒星会爆炸成为超新星,这也会驱散气体。因此,星暴星系在其气体供应消散之前,不会经历超过1亿年的极端恒星形成期。
然而,M82可能有所不同。由于未来与M81反复发生引力相互作用,M82可能会经历大量恒星形成和恒星熄灭的循环。天文学家认为这种情况在过去曾经发生过。估计在大约6亿年前它曾经历了一次星暴时期,而目前的星暴很可能是在大约3,000万到6,000万年前触发的。
M82距离我们仅约1,200万光年,以星系来说算是距离我们相当近。因此,天文学家们十分关注这个星暴星系,已经利用哈勃和其他望远镜多次拍摄它的形象。M82在未来或许还会经历更多星暴周期。但最终M82和M81会整合成一个星系。在遥远的未来,这次整合很可能会引发一场大规模、混乱的星暴事件。最终,这场事件也会逐渐平息,最终形成的巨大星系将进入平静状态。
(首图来源:NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given, Public domain, via Wikimedia Commons)