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梅西耶天体列表/M104

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草帽星系
哈勃太空望远镜 (HST) 拍摄的草帽星系 (M104)。图片来源：HST/NASA/ESA。
观测数据 (J2000 历元)
星座室女座[1]
赤经12h 39m 59.4s[2]
赤纬-11° 37′ 23″[2]
红移1024 ± 5 km/s[2]
距离29.3 ± 1.6 Mly (9.0 ± 0.5 Mpc)[3][4]a
类型SA(s)a[2]
视直径 (V)8′.7 × 3′.5[2]
视星等 (V)9.0[2]
其他名称
梅西耶 104,[2] NGC 4594,[2] PGC 42407,[2] UGCA 293[2]

草帽星系（也称为M104 或 NGC 4594）是室女座中一个无棒螺旋星系。它有一个明亮的核心、一个异常大的中心隆起，以及一个位于其倾斜盘面上的突出尘埃带。黑暗的尘埃带和隆起使这个星系看起来像一顶草帽。该星系的视星等为 9.0，使其成为可以用业余望远镜轻松观测到的星系。大的隆起、中心超大质量黑洞和尘埃带都吸引着专业天文学家的注意。

历史

发现

草帽星系于 1767 年 3 月由皮埃尔·梅香发现，他在 1767 年 5 月写给 J. 贝努利的信中描述了这个天体，该信后来发表在《柏林天文年鉴》上。[5][6] 查尔斯·梅西耶在他的个人天体列表中手写记录了这个天体和其他五个天体（现在被统称为 M104 - M109），但直到 1921 年才“正式”包含在内。[6] 威廉·赫歇尔于 1784 年独立发现了这个天体，并另外指出该星系盘面上存在一个“黑暗层”，即现在的尘埃带。[5][6] 后来天文学家能够将梅香和赫歇尔的观测结果联系起来。[6]

作为梅西耶天体的认定

1921 年，卡米尔·弗拉马里翁发现了梅西耶的个人天体列表，其中包括关于草帽星系的手写记录。这被认定为新总星表中的天体 4594，弗拉马里翁宣布它应该被包含在梅西耶天体列表中。从那时起，草帽星系就被称为M104[6]。

历史上的红移测量

在 1910 年代，维斯托·斯莱弗发现包括草帽星系在内的几个星系的频谱都发生了红移。从这些红移计算出的平均速度为 400 km/s。草帽星系本身的红移计算为 1100 km/s[7]。斯莱弗的频谱是首次观测宇宙膨胀的观测结果之一，这是大爆炸理论的关键证据之一。

斯莱弗还在草帽星系的频谱中探测到旋转。他对星系旋转的观测是史上首批此类观测结果之一[7]。

斯皮策太空望远镜 (SST) 拍摄的草帽星系的近红外图像。白色代表来自星光的 3.6 和 5.8 微米辐射。红色代表尘埃环内多环芳烃 (PAH) 的 8.0 微米辐射。[8] 图片来源：斯皮策红外近邻星系巡天/SST/NASA。

尘埃环

如上所述，这个星系最显着的特征是穿过星系隆起前方的尘埃带。这个尘埃带实际上是一个对称的环，它包围着星系的隆起。[8] 大部分冷原子氢气[9] 和尘埃[8] 都位于这个环内。该环也可能包含草帽星系的大部分冷分子气体，[8] 尽管这是基于低分辨率和弱探测观测的推断。[10][11] 需要进行额外的观测来确认草帽星系的分子气体是否局限于该环。根据红外光谱学，尘埃环是该星系内恒星形成的主要场所。[8]

核心

草帽星系的核心被归类为低电离核发射区|低电离核发射区 (LINER)。[12] 这些是存在电离气体的核区，但离子仅被弱电离（即原子缺失的电子相对较少）。LINER 中电离气体的能量来源一直存在争议。一些 LINER 核可能由位于恒星形成区的炽热年轻恒星驱动，而其他 LINER 核可能由活动星系核 (AGN) 驱动（包含超大质量黑洞的高能区域）。红外光谱学观测表明，草帽星系的核可能没有明显的恒星形成活动。然而，已在核中识别出一个超大质量黑洞（如下面小节所述），因此这个活动星系核可能是弱电离草帽星系中气体的能量来源。[8]

中心超大质量黑洞

在 1990 年代，由约翰·科曼迪领导的一个研究小组证明了草帽星系内存在一个超大质量黑洞。[13] 该小组利用来自 CFHT 和哈勃太空望远镜的光谱数据，表明该星系中心恒星的旋转速度无法维持，除非在中心存在一个质量为太阳质量的 10 亿倍，或 109M☉ 的质量。[13] 这是在所有附近星系中测得的最巨大的黑洞之一。

同步辐射

在无线电和 X 射线波长下，星系核是强烈的同步辐射源。[14][15][16][17][18][19][20] 当高速电子穿过强w:磁场区域时，它们会振荡，从而产生同步辐射。这种辐射实际上在w:活动星系核中很常见。虽然某些活动星系核的无线电同步辐射可能会随着时间的推移而变化，但来自草帽星系的无线电辐射的光度仅变化 10-20%。[14]

未识别的亚毫米波发射

2006 年，两组研究人员发表了对草帽星系核在 850 微米波长下亚毫米波辐射的测量结果。[20][8] 发现这种亚毫米波辐射并非来自尘埃的热辐射（这在红外和亚毫米波长下很常见）、同步辐射（这在无线电波长下很常见）、热气体的轫致辐射（这在毫米波长下很少见）或分子气体（这通常会产生亚毫米波谱线）。[8] 亚毫米波辐射的来源仍然未知。

球状星团

草帽星系拥有相当数量的球状星团。对草帽星系中球状星团的观测研究估计，其数量在 1200 到 2000 个之间。[21][22][23] 与银河系和其他具有小型核球的类似星系相比，球状星团数量与星系总光度的比率很高，但与其他具有大型核球的星系相当。这些结果被反复用来证明，星系中球状星团的数量被认为与星系核球的大小有关。球状星团的表面密度通常遵循核球的光度分布，但在星系中心附近除外。[21][23][24]

距离

至少两种方法被用来测量草帽星系到地球的距离。

第一种方法依赖于将草帽星系中行星状星云的测量通量与银河系中已知的行星状星云的光度进行比较。这种方法得出的草帽星系到地球的距离为 29.0 ± 2.0 Mly (8.9 ± 0.6 Mpc)。[3]

另一种方法是表面亮度波动法。这种方法利用星系核球的颗粒状外观来估计到它的距离。附近的星系核球看起来会非常颗粒状，而更远的星系核球看起来会很平滑。早期使用这种技术进行的测量得出的距离为 30.6 ± 1.3 Mly (9.4 ± 0.4 Mpc)。[25] 后来，在对该技术进行了一些改进后，测得的距离为 32 ± 3 Mly (9.8 ± 0.8 Mpc)。[26] 2003 年，这一结果进一步被改进为 29.6 ± 2.5 Mly (9.1 ± 0.8 Mpc)。[4]

通过这两种技术测得的平均距离为 29.3 Mly (9.0 Mpc)，不确定度为 1.6 Mly (0.5 Mpc)。b

附近星系和星系群信息

草帽星系位于一个复杂的丝状星系云中，该星系云延伸至室女座星系团的南部。[27] 然而，尚不清楚草帽星系是否属于正式的星系群。用于识别星系群的层次结构方法通常会得出草帽星系属于一个星系群的结果，该星系群包括 NGC 4487、NGC 4504、NGC 4802、UGCA 289，以及可能的其他几个星系。[27][28][29] 然而，依赖于渗透方法（即“朋友的朋友”方法）的结果表明，要么草帽星系不属于任何星系群[30]，要么它可能只与 UGCA 287 构成一个星系对。[29]

业余天文学观测信息

草帽星系位于角宿一西侧 11.5°[6] 和乌鸦座 η 星东北侧 5.5°。[31] 虽然该星系可以用 7x35 双筒望远镜或 4 英寸业余望远镜看到，[31] 但需要 8 英寸望远镜才能区分核球和盘面，[6] 10 或 12 英寸望远镜才能看到暗色的尘埃带。[6]

注释

^ ^ 平均值 (29.6 ± 2.5, 29.0 ± 2) = ((29.6 + 29.0) / 2) ± ((2.52 + 2.02)0.5 / 2) = 29.3 ± 1.6

参考文献

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