磁性通道主宰星系演化进程之路

研究人员利用ALMA对合并星系Arp220的银盘磁场以及尘埃和分子外流进行了成像。他们发现一条磁场超级通道在星系核之间输送物质，强风则沿磁场将物质吹入环星系介质。图片来源：E.洛佩兹罗德里格斯（南加州大学；偏振数据）、J.M.吉拉特（ICECSIC和IEEC；偏振数据）、L.巴尔科斯穆尼奥斯（美国国家射电天文学天文台；3GHz数据）。

星系强大的磁场对光有着根本性的影响，而这全是因为尘埃。星际空间中的微小尘埃颗粒是细长的而非球形的。在磁场存在的情况下，这些颗粒会与磁场对齐。这意味着它们会优先吸收和反射光线。

它们吸收部分光线，但允许与自身长轴垂直的光线通过，从而产生我们所说的偏振光。通过观测这种偏振光，天文学家可以绘制出星系的磁场图。

研究人员就是这样绘制出了阿普220星系的磁场图，阿普220是一对距离地球约2.5亿光年的正在合并的星系。他们利用阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA）绘制出了一条磁高速公路以及沿着这条高速公路流动的星系风。像这样的星系合并会产生复杂的磁场和星系风，并且会通过恒星爆发和星系外流来塑造周围环境。这项研究工作旨在了解磁场和星系风对星系演化的影响。

他们的研究成果发表在《天体物理学杂志通讯》上，论文标题为《阿普220星系尘埃核与分子外流的磁场》。该论文的第一作者是恩里克洛佩斯罗德里格斯。洛佩斯罗德里格斯是南卡罗来纳大学物理与天文学系的副教授。

星系合并会触发星暴活动和星系外流，这些过程会丰富环星系介质（CGM），对星系演化产生深远影响，研究人员解释道。这些现象与介质的物理条件有着内在联系，该介质中弥漫着磁场（B），磁场会影响其传输和动力学特性。

他们选择Arp220是因为它是一对相互作用合并的星系，也是距离地球最近的极亮红外星系（ULIRG）。天文学家认为它是典型的ULIRG，这是研究它的另一个原因。ULIRG会因合并而经历星暴，这种合并在早期宇宙中更为常见。我们强调，Arp220是最近的ULIRG原型，为理解高红移系统中的反馈过程提供了基准，作者解释道。

许多星系，甚至可能包括我们自己的星系，都经历过极亮红外星系（ULIRG）阶段。阿普220大约在7亿年前开始合并，引发了一场大规模的恒星形成爆发，在其密集的中心区域形成了至少200个巨大的星团。

2023年，詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）捕捉到了这幅关于阿普220的图像。这是一个极亮红外星系，它闪耀的光芒相当于一万多亿个太阳发出的光。相比之下，银河系的亮度相当于一千亿个太阳。在这幅图像中，各个星系核心不可见，但它们之间的距离只有约1200光年。图片来源：欧洲航天局标准许可知识共享署名相同方式共享3.0国际许可协议

研究星系合并与星暴之间的关系很困难，因为其中很多过程都发生在遮挡尘埃的背后。但研究人员利用阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）的观测数据，对星系核的磁场以及风场进行了三维成像。

我们利用ALMA绘制了这对双生星系中磁场的方向和强度，第一作者洛佩兹罗德里格斯在一份新闻稿中表示。

这揭示了之前未曾见过的关于阿普220被尘埃笼罩的核心和分子外流的细节，包括首次探测到偏振的一氧化碳（32）分子谱线发射。该论文共同作者、空间科学研究所研究员何塞普米克尔希拉尔补充道。希拉尔领导了此次观测工作。这种发射追踪了外部星系中的星系外流，表明外流气体本身携带着排列有序的磁场。

阿普220的西部核区，即阿普220W，拥有一个几乎垂直的磁场，该磁场与一个双极分子外流方向一致。这种外流的速度很快，约为每秒500公里，并推动着一条磁速公路离开星系。研究人员知道，星系合并和星暴事件会通过去除气体来抑制恒星形成。但这是首次发现磁场是导致气体外流的驱动因素。

由ALMA观测到的合并星系Arp220的星系盘以及尘埃和分子外流的磁场。磁对齐的尘埃颗粒（灰色线条）显示，在Arp220东部，磁场与盘平行；而在Arp220西部，磁场与由星暴活动驱动的外流（红蓝等高线）平行。CO分子发射显示，在Arp220西部的快速分子外流中存在沿其方向的准直磁场（蓝红线）。图片来源：洛佩兹罗德里格斯E.（南加州大学；偏振数据）、吉拉特J.M.（ICECSIC与IEEC；偏振数据）；巴尔科斯穆尼奥斯L.（美国国家射电天文学天文台；3GHz数据）

研究人员还将他们的偏振观测结果与气体质量、湍流和外流速度的测量数据相结合。这使他们能够估算蓝移和红移外流瓣中磁场的强度。观测发现，在东部核区有一个螺旋状的磁场模式贯穿一个紧凑的、被尘埃包裹的圆盘和旋臂。螺旋磁场是有序的，其存在表明，尽管星系合并过程混乱无序，但螺旋磁场仍能持续存在。

该研究的另一幅图。这幅图显示了快速分子红移外流（红色轮廓）和蓝移外流（蓝色轮廓），它们叠加在总强度和磁场方向上。图片来源：LopezRodriguez等人，2026年，《天体物理学杂志通讯》

但最有趣的发现可能是连接两个核心的桥梁。有一座高度极化的桥梁横跨这两个核心，它可能是物质和磁通量在这两者之间输送的通道。

首席作者洛佩斯罗德里格斯表示：当整体观测阿普220星系时，它是宇宙中最适合天文学家研究引力、恒星形成和强风如何与强磁场共同作用以重塑星系，并向其周围播撒磁化气体和尘埃的地方之一。

该团队估算了阿普220的磁场强度，并确定其强度比银河系盘的磁场强数百倍，甚至数千倍。总体而言，研究结果表明，合并星系中被压缩和放大的磁场能够将物质从星系中引导至星系周介质中。由于阿普220代表了早期宇宙的一个常见特征，这些观测结果显示，这些强大的磁场和星风在漫长的时间里塑造了星系和恒星的形成。

作者写道：对阿普220的观测结果表明，这种强磁场在极端星暴中可能很常见，它们通过湍流、切变和反馈作用得到放大。这种被放大的磁场可能由外流中的湍动能维持，并且在引导金属和宇宙射线向星系晕际介质（CGM）输运的过程中可能起到关键作用。

阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）可以对高红移星系进行同样的观测，以确定在遥远的过去是否也存在相同的磁场和星风。这可以证实这项研究的推测。

作者总结道：未来针对高红移系统中类似跃迁的ALMA观测，可能会揭示分子外流中广泛存在的约100–1000微高斯的磁场，从而证实磁场在整个宇宙时间尺度上对恒星形成和反馈起着基础性的调节作用。

相关知识

星系演化指星系从诞生到发展、变化直至衰亡的整个过程。最初，宇宙物质在引力作用下聚集形成原星系。随着时间推移，星系内部不断进行恒星形成、演化和死亡等活动，星系间也会相互作用，如合并等，从而使星系在形态、结构和成分上发生持续改变。

BY: Evan Gough

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://www.universetoday.com/articles/the-magnetic-superhighways-that-drive-galaxy-evolution

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