简介：科学家根据对M77星系的观测，提出密度波理论来解释螺旋星系是如何形成的。螺旋星系的旋臂上布满恒星，磁力线延伸至两臂之间，形成其螺旋状的引力不断压缩磁场，利用FIR远红外偏正测量可推断潜在磁场的形状和方向。

　　螺旋状星云是一种标志性的图形，在商品的logo和一些其他地方都有用到。包括我们所生活的地方。螺旋状星云的这个形状是怎么出现的可能很明显，旋转嘛，但其实并不是这样。

　　科学家们也不能完全理解螺旋状星云那优美的漩涡是怎么形成的。天文学家在平流层红外线天文观测台（SOFIA）通过观察其它星系来研究磁场在螺旋星系中的作用。SOFIA的科学家发现M77号星系，也叫NGC1068，出现在他们的新研究中。

　　这个新研究叫“SOFIA/HAWC+追踪在NGC1068星系的磁场并且其结果会在天体物理周刊上。主编是恩里克·洛佩斯罗德里格斯，美国宇航局艾姆斯研究中心索非亚科学中心的大学空间研究协会科学家。

　　“磁场是看不见的，但是它影响着星系的演化”洛佩斯罗德里格斯在一篇报道中谈到。“我们已经了解了重力是如何影响星系的构型的，但对磁场的探究才刚刚开始。”

　　哈勃望远镜拍摄的M77螺旋星云。图片中红色和蓝色的条纹突出了围绕着旋臂的恒星形成的小块区域，而黑色的尘埃带则延伸到了布满星星的星系中心。一项新的研究表明磁场对像M77(NGC1680)这种螺旋状星云的形成影响非常的大。图片来源：NASA, ESA A. van der Hoeven Public Domain.

　　M77螺旋星系距离我们有四千七百万光年那么远。它是一条带状螺旋星系，尽管在可见光下看不出来。它有非常活跃的星系核，在可见光中也看不到，而且有一个巨型黑洞（SMBH），是Sgr A*的两倍重，在银河的中央。M77比银河还要大：半径为85000光年，而银河只有53000光年。M77有3000亿颗恒星，而银河有2500亿到4000亿恒星。

　　M77是有明亮的活跃星系核（AGN）和围绕核心的群星的宏观螺旋星系。

　　M77的旋臂充满了密集的恒星形成区域，称为星群爆发。尽管我们看不到磁场线，但它仍然与螺旋臂是一致的。但是SOFIA可以观测到磁场线，并且可以解释一个广为人知的理论，叫做“密度波理论”，解释了这些星臂的形状是如何形成的。

　　这是哈勃合成的M77的图像，蓝色为磁场线。

　　在1960年代中期，密度波理论发展起来之前，有些问题是能解释星系中的螺旋臂的。根据“缠绕问题”，旋臂只绕几圈轨道就会消失，与星系的其他部分难以区分。

　　这里有一个可以解释缠绕问题的视频。

　　密度波理论认为星臂和穿过密度波的恒星，气体，尘埃是分隔开的。星臂是密度波可见的一部分，恒星在密度波之间来回穿梭。所以这些旋臂并不是由恒星构成的永久结构，尽管它看起来是这样的。

　　这里有一个展示密度波是如何创造螺旋星臂的

　　螺旋星臂与我们看到的恒星不同。恒星在密度波之间来回穿梭。来源：物理与天文动画（Animations for Physics and Astronomy.）

　　SOFIA的观测结果展示了磁场线一直延伸到星臂上，距离为24000光年。根据这项研究，有助于形成星系螺旋形状的引力正在压缩磁场，这支持了密度波理论。

　　“这是我们第一次看到磁场以如此大的程度排列在当前的恒星诞生时的螺旋星臂上，” 洛佩斯罗德里格斯说。“得到支持这一理论的证据非常激动人心。”

　　在星系里的磁场线非常难发现，SOFIA的最新设备才使之成为可能。这个设备叫HAWC+，用远程红外线观测与M77中磁场线垂直分布的尘埃颗粒。这使科学家可以推测出M77内在磁场线的形状和方向。

　　总通量（色标）图像在89°微米与叠加的流线的推断的磁场形态。磁场的形态被推测出来因为它被认为与SOFIA观测到的尘埃颗粒是平行的。图片来源：Lopez-Rodriguez et al 2019

　　在m77中有很多潜在的干涉，比如散射的可见光和高能粒子的辐射，但远红外不会被影响。SOFIA可以观测到89微米的波长让它能清楚的观测到尘埃颗粒。HAWC+也是一个偏光计，一种测量和解释极化电磁能量的装置。

　　M77的总通量（色标）图像与磁场和极化重叠。这张图也展示了星系内部的条纹和星爆环。极化的向量已经旋转了90°以此展示磁场线。图片来源：Image Credit: Lopez-Rodriguez et al 2019.

　　这项研究只解决了单一星臂的螺旋星系，所以还有很多工作要做。我们不清楚磁场线是否会在其它不规则星系的形成中发挥作用，但我们的研究团队似乎找到了研究不规则星系的方法。

　　就像他们在论文的结论处所说，“结果就与我们之前对M82和NGC253的研究一起展示在这里，提供了远程红外（FIR）偏光计在研究外部星系的磁场结构中非常有用，尤其是在high optical depth的地方。

　　作者: Evan Gough

　　FY: 张颢葶

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