太空奇闻：揭开宇宙罕见射电圈的起源

　　从1.81亿年开始，模拟了三个不同时期的星爆驱动风。每幅图像的上半部分显示气体温度，下半部分显示径向速度。鸣谢:uux.cn/Cassandra Lochhaas /太空望远镜科学研究所

　　据加州大学圣地亚哥分校：不是每天天文学家都会问，“那是什么？”毕竟大部分观测到的天文现象都是已知的:恒星、行星、黑洞、星系。但是在2019年，新完成的ASKAP(澳大利亚平方公里阵列探路者)望远镜发现了一些以前没有人见过的东西:无线电波圈如此之大，以至于它们的中心包含了整个星系。

　　当天体物理学界试图确定这些圆圈是什么时，他们也想知道这些圆圈是“为什么”。现在，由加州大学圣地亚哥分校天文学和天体物理学教授Alison Coil领导的一个小组认为，他们可能已经找到了答案:圆圈是由外流的银河风形成的外壳，可能来自被称为超新星的大规模爆炸恒星。他们的工作发表在《自然》杂志上。

　　Coil和她的合作者一直在研究能够驱动这些超快速外流风的大规模“恒星暴增”星系。星爆星系的恒星形成率非常高。当恒星死亡和爆炸时，它们将气体从恒星及其周围环境中排出，回到星际空间。如果足够多的恒星同时在彼此附近爆炸，这些爆炸的力量可以将气体推出星系本身，形成外流风，其速度可达2000公里/秒。

　　“这些星系真的很有趣，”科尔说，他也是天文学和天体物理学系主任。“它们发生在两个大星系碰撞的时候。合并将所有气体推入一个非常小的区域，导致恒星形成的强烈爆发。大质量恒星会很快燃尽，当它们死亡时，它们会以外流风的形式排出气体。”

　　巨大、罕见且来历不明

　　技术发展使ASKAP能够在非常微弱的限制下扫描大部分天空，这使得2019年首次可以检测到奇数射电圈(orc)。兽人体型巨大——直径有数百千秒差距，其中一千秒差距相当于3260光年(作为参考，银河系直径约为30千秒差距)。

　　人们提出了多种理论来解释半兽人的起源，包括行星状星云和黑洞合并，但仅靠无线电数据无法区分这些理论。

　　科尔和她的合作者对此很感兴趣，认为射电环可能是他们一直在研究的星爆星系后期的发展。他们开始研究兽人4——第一个在北半球可以观察到的兽人。

　　在那之前，兽人只能通过他们的无线电发射来观察，没有任何光学数据。Coil的团队使用夏威夷Maunakea上的W.M. Keck天文台的积分场摄谱仪来观察ORC 4，它揭示了大量的高亮度，加热，压缩气体——远远超过了在平均星系中看到的数量。

　　问题多于答案，小组开始着手调查工作。利用光学和红外成像数据，他们确定ORC 4星系中的恒星大约有60亿年了。“这个星系中有一次恒星形成的爆发，但它在大约10亿年前结束了，”科尔说。

　　卡珊德拉·洛哈斯(Cassandra Lochhaas)是哈佛&史密森尼天体物理中心(Harvard & Smithsonian Center for astro physics)的博士后研究员，专门研究银河风的理论方面，也是这篇论文的合着者，他进行了一系列数值计算机模拟，以复制大规模无线电环的大小和属性，包括中央星系中大量的震惊的冷气体。

　　她的模拟显示，外流的银河风在关闭前吹了2亿年。当风停止时，向前移动的冲击继续将高温气体推出星系，并产生了一个无线电环，而反向冲击将较冷的气体送回星系。模拟运行了超过7.5亿年——在ORC 4估计的10亿年恒星年龄范围内。

　　“要使这一过程成功，你需要一个高质量的流出速率，这意味着它会非常快速地喷射出大量物质。星系外的周围气体必须是低密度的，否则激波会停止。这是两个关键因素，”Coil说。

　　“事实证明，我们一直在研究的星系具有这些高质量的外流率。它们很罕见，但确实存在。我真的认为这指向兽人起源于某种外流的银河风。”

　　外流风不仅可以帮助天文学家了解半兽人，而且半兽人也可以帮助天文学家了解外流风。

　　“半兽人为我们提供了一种通过无线电数据和光谱学‘看到’风的方式，”Coil说。

　　“这可以帮助我们确定这些极端外流的银河风有多常见，以及风的生命周期是什么。它们还可以帮助我们了解更多关于星系演化的知识:所有大质量星系都会经历ORC阶段吗？旋涡星系不再形成恒星时会变成椭圆形吗？我认为我们可以从兽人身上学到很多东西。”