在斯隆数字巡天(SDSS,一项用望远镜系统拍摄天空的巡天计划)的海量照片里,天文学家先看到的是一堆模糊光点。有人把图像放大,发现几颗只有几个像素的“绿豆”:颜色偏绿,个头很小,亮度却不低。它们不是相机故障,而是一类真实存在的星系——绿豌豆星系。
一句话定义:绿豌豆星系是距离我们约数十亿光年、体积小但恒星形成极剧烈的低金属丰度星系,因巡天彩色图像里呈绿色而得名。你可以把它想成街角一间只有几个灶眼的小厨房,却同时开着大火爆炒:地方不大,火力和油烟都特别旺。
先看颜色,再看身份
绿色并不来自叶绿素。巡天相机用不同滤光片拍照,再把数据合成彩色图。绿豌豆星系有很强的发射线,尤其是氧III和氢β(分别是电离氧和氢原子发出的亮线),这些光落在特定波段,被合成图像“翻译”成绿色。换句话说,你看到的绿,是光谱特征在照片里的颜色暗号。
这类天体最早在2009年前后由参与“星系动物园”项目的志愿者从SDSS图像中挑出。它们数量不多,却足够特别:小、亮、绿,像在星系人群里举起了荧光牌。
小个子,大火力
绿豌豆星系的恒星形成率可达每年约几十个太阳质量;作为参照,银河系大约每年只造1到2个太阳质量的恒星。可它们的恒星质量常常只有银河系的百分之一到千分之一。换算成“单位体重”的造星速度,它们比银河系快几十到上百倍。打个比方,一辆小排量车却踩出了跑车的油耗表读数。
它们还普遍贫金属。天文学里的“金属”指比氦重的元素,低金属丰度意味着气体更接近早期宇宙的配方。这也是绿豌豆星系被当作“近邻实验室”的原因:研究它们,或许能间接理解宇宙第一批星系如何点火。
绿光背后的泄漏
宇宙早期,氢一度是中性的,像一层雾挡住星光。要让它变成透明,需要星系和恒星发出足够多的高能紫外光子,把氢原子电离。这个过程叫宇宙再电离。理论预言,低质量、强恒星形成、尘埃少的星系可能是重要贡献者。
观测上,部分绿豌豆星系确实显示出莱曼连续谱泄漏——也就是高能紫外光子逃出了星系。但泄漏比例有多高、什么机制打开“天窗”、它们能否代表早期星系,目前尚无定论。有人把它们看作早期星系的近亲,也有人提醒:近亲不等于复制品,尘埃和年龄仍可能不同。
未完结的账本
回到那几像素的绿色小点。它们提醒我们,星系不是只有“大而美”一种活法:小个头也能在短时间内点燃大量恒星,还能把光送到星系之外。下一代望远镜正在把这类星系的光拆得更细,寻找更远、更暗的同类。
问题留在这里:如果早期宇宙里到处是这种“绿豌豆”,我们对第一缕星光的账本,是不是才刚刚翻开第一页?
延伸阅读
- 卡尔·萨根《宇宙》(书籍)
- 纪录片《宇宙时空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey)
- 斯隆数字巡天 SkyServer 网站:skyserver.sdss.org