文章來源于原理，作者James Geach
“幽靈”的凝視
許多人都聽過這樣一個經典的鬼故事：一群幽靈獵人前往一座相傳鬧鬼的老房子，但在徹底地搜索之後，他們失望地離開了，因爲並沒有任何鬼魂出現。直到後來，當他們翻閱在老房子裏拍攝的照片時，驚恐地發現原來那個神秘的幽靈一直在樓梯上凝望著他們。
在一項新的研究中，天文學家也經曆了一次類似的事件，只是它帶給我們的是驚喜而非驚恐。在對一個熟悉的星系進行觀測後，研究人員驚訝地發現了一個巨大的“幽靈”。
重子物質和宇宙網
我們的身體、地球和周圍所有的物質世界都是由一種叫做“重子”的粒子構成的。重子物質就是“普通”物質，它指的是那些由三個誇克組成的複合粒子。
假如你能把宇宙中所有的重子都放在一個罐子裏，然後從中隨機選擇一個粒子，你認爲它會是從哪裏來的？它會不會來自另一個人？又或者來自另一顆行星？然而事實卻是，重子很可能來自星系之間的空間。這是因爲宇宙中90%的重子都是在星系之外。
在宇宙只有幾十萬歲的時候，重子物質和暗物質構成了宇宙中的大部分物質，它們混合在幾乎均勻的迷霧之中。它們在微小的密度漲落下泛起漣漪，隨著時間的推移，漲落在引力的作用下被放大，從而形成了穿過宇宙的細絲網絡。
○ 對宇宙中氣體的大尺度分布的模擬。星系形成于宇宙網中密集的節點上，推動氣體外流向星系周介質流回。| 圖片來源：Jim Geach & Rob Crain
我們將這種網絡稱爲宇宙網。在宇宙網密度最高的地方，星系形成了。大爆炸後的幾億年後，在這些星系中，恒星中的氫開始燃燒，核聚變産生了包括碳和氧在內的重元素。劇烈的恒星爆炸形成了其他的重元素。在星系的中心，超大質量黑洞通過積累重子而成長，並在此過程中釋放能量。
年輕恒星的光芒、超新星爆炸和黑洞的強度都有重要的影響：它們驅動著氣體在星系中流進和流出。這些過程對于調節星系的成長和在恒星之間混合不同的化學元素是必不可少的。沒有這樣的混合，我們就不會存在。我們血液中的一些鐵來自超新星，碳來自早已死亡的恒星的灰燼……正如卡爾·萨根所说的那样：“我们都是星尘”。
一些氣體流在恒星形成和黑洞成長的驅動下可以逃離星系，這些被稱爲星系風的星系外流會進入“星系周介質（CGM）”，這是星際介質（恒星之間的物質）和更廣泛的星系際介質（星系之間的物質）之間的界面。這些風將星系中形成的重元素帶到CGM中，其中的一些元素會在稍後“落”回來，也許會進入到新的恒星系統中；而其余的則永遠地留在了星系際空間中。
夏威夷的“眼睛”——KCWI
這一過程的細節可用計算機模擬來詳盡地呈現，並且我們也可以對真實宇宙中星系周圍的外流進行測量，但是我們還沒能在非常大的尺度上直接觀測到它們。直到現在。
天文學家使用了位于夏威夷的一個名爲KCWI的儀器來對星系進行觀測，他們觀測的那個星系是天文學家已經研究了一段時間的星系樣本的一部分。天文學家之所以對這些星系感興趣，是因爲它們正以每秒1000公裏甚至更高的速度向外噴出氣體。並且與大多數星系相比，它們非常致密。天文學家認爲這些星系中的大多數都是由兩個星系碰撞合並而形成的。
研究所用到的KCWI並非普通的相機。它負責測量望遠鏡收集的光譜，將光分散到不同的頻率或顔色。這使得他們可以看到比傳統的成像相機更多的東西。
當天文學家第一次看到KCWI的數據時，他們瞬間起了雞皮疙瘩。雖然他們預期到了應該會有新的發現，但仍被眼前的結果震撼。環繞星系的是一片巨大的發光氣體雲，形似沙漏，直徑寬約30多萬光年。這個發光的巨大星雲使中心星系相形見绌，但如果不是KCWI，天文學家根本不會注意到它的存在。
○ 用KCWI的數據所繪制的圖，顯示出了巨大的Makani星雲和快速的外流。| 圖片來源：Jim Geach, David Tree, Peter Richardson, Games and Visual Effects Research Lab, University of Hertfordshire
當然，這裏並不是像文章開頭故事中所描繪的超自然現象。根據光的顔色或頻率，天文學家推斷出它是由氧離子發射的。分析表明，星雲的形成是兩種不同的氣體外流從中央星系傳播到CGM的結果。他們把星雲命名爲Makani，在夏威夷語中意爲風。
現在，天文學家需要對更多像Makani這樣的天體進行觀測。已經有越來越多的研究人員加入了這場對其他潛伏在宇宙中的幽靈的搜尋之中。
撰文：James Geach（赫特福德大學天體物理副教授）
原文標題爲“How we discovered a glowing galactic ghoul”，原文鏈接：https://theconversation.com/how-we-discovered-a-glowing-galactic-ghoul-121827，中文內容略有修改，僅供參考，一切內容以原文爲准。
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