橫跨星系的ORCs，是恒星從搖籃到墳墓的見證者嗎？

巨大的“宇宙獸人”——環繞整個星系的神秘無線電圈，或許即將被解開。

（圖解：ORCs是迄今為止發現的第一個“奇怪的無線電圈”，它是一系列奇特天體中的一個，這些天體可以環繞整個星系并跨越數百光年。（圖片來源：Jayanne English/馬尼托亞大學）

科學家們最終可能解開了宇宙ORCs之謎。ORCs的正式名稱是“奇怪的無線電圈”，它如此巨大，寬度是銀河系的十倍，足以囊括整個星系。

天文學家首次表明超新星爆發產生的風是巨大和怪異的“奇怪無線電圈”的原因。

這是由加州大學圣迭戈分校天文學和天體物理學教授阿里森·科伊爾（Alison 科爾l）領導的天文學團隊指出，恒星（或稱超新星）爆炸時發出的強大風是造成巨大氣體殼的原因，這些氣體殼在無線電波中被看作是ORCs。這項研究成果于周三（1月8日）在新奧爾良舉行的天文學會第243屆會議上公布。

ORCs是澳大利亞平方公里探路者（ASKAP）在2019年首次發現的，它代表了天文學家從未見過的真正令人費解的東西。科爾和她的團隊利用位于夏威夷島莫納凱亞（Maunakea）活火山的W.M.凱克天文臺（W.M. Keck Observatory）的積分場攝譜儀觀測了射電圈ORCs，發現其中有高度壓縮的氣體和恒星，其年齡大致為60億年。該團隊人員認為這些射電圈可能是同一星系多顆恒星近乎同時爆炸時產生的。

宇宙ORCs是否講述了恒星從搖籃到墳墓的故事？

當大質量恒星走到生命盡頭并發生超新星爆炸時，大量的恒星物質會以強風的形式吹向周圍的星系。科爾以及她的同事認為，如果有足夠多的超新星爆炸發生在大致相同的時間以及同一空間區域內，產生的強風的速度可以達到每小時450萬英里，大約是手槍子彈射出速度的5000倍。那么問題來了，什么樣的星系會有那么多恒星同時爆炸呢？

（圖解：可能由巨大恒星形成時爆發產生的有害射電圈插圖（圖片來源：澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）））

這些情況可能發生在經歷過密集恒星形成的星系中，天文學家稱之為“星爆”星系。科爾在一份聲明中說過：“這些星系非常有趣。當兩個大星系發生碰撞時，它們會出現并將所有氣體推入一個非常小的區域，從而導致恒星形成強烈的爆炸。”

在這種由合并引發的恒星快速形成過程中造就的大質量恒星，以同樣快的速度燃盡核聚變燃料，隨后在超新星爆炸中爆發，并在相似的時間以外流風的形式排出氣體。

（圖解：星爆星系中超新星引發的風的模擬圖（圖片來源：Cassandra Lochhaas / 太空望遠鏡科學研究所））

當這些風從星爆星系中向外撕裂時，它們會撞擊星系周圍運動較慢的氣體。這些相互作用產生的沖擊波會產生ORCs，ORCs可以擴散數十萬光年。銀河系寬約98000光年，一光年是光在一年中傳播的距離，約為6萬億英里（9.7萬億公里）。

揭開宇宙ORCs之謎。

在這由星爆星系驅動的超新星風理論提出之前，科學家們提出了幾種創造機制解釋ORCs。其中包括兩個黑洞的合并，以及在標志著恒星生命終結的超新星爆炸過程中行星星云的產生。但是，ORCs只在無線電波中出現過，這些數據不足以區分可能的創世模型。

科爾和她的團隊懷疑ORCs可能是他們一直在研究的星爆星系后期的結果，于是開始用W.M.凱克天文臺的積分場光譜儀研究ORCs，這是發現的第一個從北半球可以看到的射電外殼的例子。這向他們揭示了大量明亮、高度壓縮的氣體。

研究小組利用無線電波數據和光學觀測數據繼續進行探測工作，發現ORCs內的恒星大約有60億年的歷史，這意味著在這個射電圈的中心發生過一次強烈的恒星形成爆發，爆發過程大約在10億年前結束。

隨后，研究小組轉而使用由研究合著者、哈佛大學和史密森天體物理學中心銀河系專家卡桑德拉-洛哈斯（Cassandra Lochhaas）開發的計算機模型來進行進一步的研究。通過模擬，研究小組得以觀察ORCs在7.5億年內的發展過程，這相比于原先估計的10億年存在時間短了很多。同時他們模擬復制了ORCs的大小和性質，并考慮到其中心星系中的大量休克氣體，結果顯示銀河系風向外流動了大約2億年。

即使這些風停止了，它們發起的沖擊波仍在向前推進，將熾熱的氣體噴出銀河系，形成環繞銀河系的射電環，同時也使冷卻的氣體落回銀河系。

科爾說過：“要做到這一點，你需要一個高質量的流出率，這意味著它能快速地噴射出大量物質。星系外的周圍砌體必須是低密度的；否則，沖擊就會停滯。這是兩個關鍵因素。事實證明，我們一直在研究的星系具有這種高質外流率。它們很罕見，但確實存在。我真的認為這表明ORCs源自某種外流星系風”。

ORCs這樣很可能是外流星系風的結果，這一發現意味著這些射電圈可以被用作研究這些強大的風的替代物，并回答了涉及星系演化的重要問題。

科爾說：“ORCs為我們提供了一種通過無線電數據和光譜‘看到’風的方法。這可以幫助我們確定這些極端外流星系風的常見程度以及風的生命周期。它們還能幫助我們進一步了解星系的演化：是否所有大質量星系都會經歷ORCs階段？當螺旋星系不再形成恒星時，它們會變成橢圓星系嗎？我認為我們可以從ORCs中學到很多東西。”

除了在新奧爾良舉行的天文學會會議上發表論文外，該團隊的研究成果還詳細刊登在1月8日出版的《自然》雜志上。

BY: Robert Lea

FY: Amor

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來源: 天文在線