天文學家首度精確測量大麥哲倫星系自轉速度

mexxsos

藉由哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的幫助，天文學家們首度精確測量大麥哲倫星系（Large Magellanic Cloud，LMC）內恆星們的順時針運動，從而測定這個星系的自轉一周約需2億5000萬年；有趣的是，我們太陽繞銀河中心公轉一周的時間也差不多是這樣的長度。



大麥哲倫星系是離銀河系最近的星系之一，亦是銀河系最大的衛星星系，距離銀河系約17萬光年，在南半球用肉眼就可輕易看見這個星系。由於距離近，又具有星系該有的特徵，因此被天文學家視為天然實驗室，從恆星形成、演化、族群分佈等，到星系結構與演化等的研究領域，都有大麥哲倫星系的貢獻。

　　太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）Roeland van der Marel等人利用哈柏太空望遠鏡3號廣角相機（Wide Field Camera 3）和先進巡天相機（Advanced Camera for Surveys）追蹤觀測大麥哲倫星系中數百顆恆星的個別運動，工作時程長達7年之久。由於大麥哲倫星系視直徑多達滿月的20倍左右，但相機受視野限制而無法一眼望盡，因此他們將整個星系區分成22個星野來分區拍攝，每個星野都至少含有數十顆恆星及至少一顆背景的類星體作為固定位置參考點。右上方圖片中的箭頭，顯示的是根據哈柏測量結果所預測未來700萬年的大麥哲倫星系自轉運動狀況。

　　大麥哲倫星系類似銀河系，是個盤狀星系，像個旋轉木馬一樣自轉。哈柏所測量的是大麥哲倫星系內的恆星投影到天球上的橫向自行運動（proper motion）。雖然測量恆星自行運動這樣的工作由來已久，但這卻是首度精確到足以應用在測量銀河系以外其他河外星系的自轉運動上。

　　過去一世紀以來，天文學家通常是利用星系光譜中的譜線移動來測量星系自轉速率，也就是所謂的都卜勒效應（Doppler effect）。當星系自轉時，其中一側遠離我們會造成譜線紅位移（譜線往波長比較長的方向移動），另一側則是接近我們而造成譜線藍位移（譜線往波長比較短的方向移動），從譜線移動量多寡便可估算星系自轉速率。不過由於星系不見得是正面面對地球，而是可能有個傾角，因此這樣所得的僅是視線方向的速率，而非真正的自轉速率。

　　哈柏測得的橫向自行運動結果，與先前用都卜勒效應測得視線方向的結果，都僅能顯現星系自轉的一部份，將兩者予以結合才能獲得完整的3D星系自轉訊息。不過，由於短時間之內的自行運動並不明顯，必須長時間觀察，才能看得出微小的移動量，所以這樣的工作必須有耐心，用時間換取成果。雖辛苦，卻讓van der Marel等人很高興，因為這也代表著天文學家們能進一步瞭解這種盤狀星系的內部結構，由此又可再推論星系如何形成、星系總質量究竟是多少等，而不再是僅有粗略的概念。

　　除了本身的自轉運動之外，整個大麥哲倫星系還會繞銀河中心公轉，如同月亮繞地球公轉一樣，因此才會稱大麥哲倫星系是銀河系的衛星星系。van der Marel等人於是「順便」利用哈柏的測量資料來估算大麥哲倫星系繞銀河公轉的速度，結果發現大麥哲倫星系繞銀河系公轉的速度比先前認定的還要快，這將改變天文學家以前曾估算過的這個衛星星系在過去數十億年以來，曾與銀河系遭遇過多少次近身搏擊戰的次數。

　　van der Marel等人的下一步計畫要用相同的方式測量大麥哲倫星系的兄弟—小麥哲倫星系的自轉運動。這些星系都會彼此交互作用，所以未來除了取的小麥哲倫星系的自轉速度、繞銀河系公轉速度等訊息外，還可藉機瞭解這些星系彼此間的互動。