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星暴星系。原圖鏈接

星暴星系（英語：starburst galaxy）是在比較星系的恆星形成速率時，其形成速率比大多數的星系都要高出許多的一種星系。通常在兩個星系過度靠近或發生碰撞之際，會有爆發性的恆星形成。在這種星系中，恆星形成的速率是很驚人的，如果要持續這種速率，要供應恆星形成所儲存的氣體，在遠短於星系的動力生命期內就會耗盡。星暴星系是一個星系中有巨大的恆星形成的暴發區，它的特徵是紅外光度明顯高於光學光度。

定義

星暴星系有幾種不同的定義存在，但是沒有一個是嚴謹到足以讓所有的天文學家都能接受。然而，許多學者都同意定義必須與下面這三個要件有所關聯：

1. 星系目前將氣體轉化成恆星的速率（恆星形成率，SFR）。
2. 可以用於形成恆星的氣體數量。
3. 是以星系的年齡或自轉週期做為比較的時標。

常用定義

常用的定義包括：

• 現行的SFR與持續的恆星形成，將在遠短於宇宙年齡（哈伯時間）的時間內耗盡可用於形成恆星的氣體。這有時是指"真實"的星暴
• 現行的SFR與持續的恆星形成，將在遠短於星系動力生命期（或是碟狀星系的一個自轉週期）的時間內耗盡可用於形成恆星的氣體。
• 現行的SFR經過歸算之後遠大於整體一致平均的SFR。這個比率會參考到恆星的出生率參數。

形式

要具體的區分出星爆的類型是很不容易的。星暴可以發生在碟狀星系，和不規則星系中經常出現和散布在不規則星系內的節點。然而，還是有幾種不同類形的星暴在星系天文學家的研究下被區分出來：

藍緻密星系 (BCGs)

這些星系通常是低質量、低金屬量和無塵埃的天體。因為它們沒有塵埃和擁有大量高溫、年輕的恆星，因此在光學上通常呈現藍和紫外的顏色。起初，為了解釋低金屬量的性質，這些藍緻密星系被認為是真正年輕的星系，還在形成第一代恆星的過程中。但是在藍緻密星系內發現許多老年的星族，並且高效率的混合也能解釋塵埃的缺乏和低金屬量的現象。多數的藍緻密星系被認為是近期合併和（或）交互作用展現出的特性。被仔細研究過的BCG有 IZw18（已知金屬量最低的星系）、ESO338-IG04和Haro11。

極亮紅外星系 (ULIRGs)

這些星系通常是有非常多塵埃的天體，因此，紫外線輻射被遮蔽使得恆星的光度變得黯淡，但是在波長100毫米附近以紅外線的形式被吸收和再輻射，這解釋了極亮紅外星系特別紅的原因。雖然不能肯定紫外線輻射純粹都是由恆星形成引起的，並且有些天文學家相信極亮紅外星系提供了活躍星系核(AGN) 的動力（至少是一部分）。X射線的觀測能夠貫穿極亮紅外星系厚重的塵埃，認為許多星暴星系都是雙核心的系統。藉由這樣的支持，由星系合併觸發了星爆，為極亮紅外星系提供了主要動力來源的假說。已經被詳細研究的極亮紅外星系包括阿普220。

沃夫－瑞葉星星系

星系的成員有一大部分都是明亮的沃夫-瑞葉星。

起因

首先，星暴需要有大量可以形成恆星的氣體，爆炸也許是因為與另一個星系接近或遭遇而被觸發（像是M81/M82），或是與其它的星系碰撞（像觸鬚星系），或是其他的程序使物質受力而進入星系的核心（如星棒）。

在星暴的內部是一種極端的環境。大量的氣體聚集意味著大質量恆星的形成，新生成、炙熱的恆星造成氣體的游離（許多環繞著恆星的氫將形成電離氫區。炙熱的恆星組成的集團稱為OB星協，這些恆星的燃燒非常快也非常明亮，並且很就會發展成為超新星，爆炸然後進入恆星生命的終點。在超新星爆炸之後，拋射出的物質膨脹並形成超新星殘骸。這些殘骸與周圍星爆（星際介質）的環境互動，可以成為天然的邁射。

交互作用

有許多非常遙遠的星系看起來都像是星暴星系，例如在哈伯深空有許多都是星暴星系，但是因為太遙遠而無法做任何詳細的研究。研究附近的例子和探索他們的特徵，而當我們看見這些來自遙遠的星光，是來自更加年輕的宇宙，可能可以讓我們推想出宇宙早期發生的事情。在我們鄰近的宇宙中星暴星系似乎非常罕見，而距離越遠越為普通－表示他們多數都出現在數十億年前。所有的星系都比現在要接近，因此彼此之間的重力也比較能相互影響。

星暴星系中恆星的形成是非常劇烈的。在膨脹的宇宙中演變與發展的星系，越頻繁的遭遇越能造成更多星系的星暴。如果星暴星系能夠保持穩定，它內部形成新恆星的宇宙氣體消耗的速度非常快，星暴星系以迅猛的速度產生新星，同時又以迅猛的勢頭引起超新星爆發。著名的星暴星系有大熊座的M82星系。

觸發機制

研究鄰近的星暴星系能夠協助我們推斷星系形成與發展的歷史。基本上要引發星暴，必須要在很小的體積內集中大量低溫的氣體。雖然確實的機制還未能充分的了解，但這樣的集中和擾動被強烈的懷疑只能在大範圍的，整個星系合併的狀態下才能發生。

NGC 4666大量孕育恆星

星暴星系 “NGC 4666”是恒星孕育誕生的溫床。它距離地球0.8億光年由於和鄰近星系的引力交互作用，促使星系內大量孕育恆星。

美國密西根州立大學天文學家喬根-迪特里希(Jorg Dietrich)說：“超級風起源於NGC 4666星系明亮的中部區域，並延伸至數萬光年。這種宇宙風的風速可達到數千公里每秒。直接觀測超級風變得非常困難，但這種超級風可使氣體變得濃密，並使氣體降溫，這將便於進行觀測。”

歐洲南方天文臺的天文學家觀測該圖像後指出，NGC 4666星系內超大品質恆星的強風流結合超新星爆炸，形成一股強烈的氣流，被稱為“超級風”，從星系內部釋放至太空中。這些宇宙氣體非常熾熱，並主要噴射X射線形式的放射線，在可見光下無法直接觀測。南美洲智利拉西拉天文觀測台MPG/ESO2.2米直徑望遠鏡的廣域成像儀拍攝到NGC 4666的最新圖像，並揭示了超級風的存在。

根據天文學家長久以來的觀測顯示，有碟狀的星爆星系通常都是成對的交互作用或合併的星系，它也顯示即使在目前沒有實際合併的星系之間的交互作用，也會觸發不穩定的轉動模式，像是不穩定的短棒，會造成氣體向核心匯集，在接近星系核心的部份引起星暴。

性質

恒星形成率與銀河系的年齡不一致。星暴星系不是“新的”星系，而僅僅是在其演化的特定階段的星系（或混合星系）。 有些星系可能由於其大量的氣體和塵埃而具有高於正常星體形成的速率。但是，某些星爆星系沒有儲備來證明為什麼它們會有如此高的恒星形成率，因此合併可能不是唯一的解釋。大多數星爆星系仍顯示出一些特性非常快速的恒星形成速度:這些星系將以遠高於大多數“常規”星系平均速率的速度產生恒星，可用的氣體和粉塵。

自從恒星形成以來，恒星的形成速度不可能一直保持恒定。年齡較大的星系根本就沒有足夠的氣體來維持數十億年的恒星運動。在某些星爆星系中，天文學家會看到突然爆發的恒星誕生，通常的解釋是與另一個星系合併或偶然相遇。

天文學家有時還會比較星系相對於自轉週期的恒星形成速率。例如，如果星系在旋轉一圈（鑒於高的恒星形成率）期間耗盡了所有可用氣體，則可以將其視為星爆星系。銀河系每2.2億年旋轉一次；一些星系的運行速度要慢得多，而另一些則更快。

典型星暴星系

最出名的星爆星系是M82、NGC 4038/NGC 4039和IC 10。其中尤以M82星系最為人熟知，它大量的恆星形成歸因於與鄰近的螺旋星系M81遭遇。從一些無線電望遠鏡描繪的圖顯示出兩星系有大區塊範圍的接觸（streams of neutral hydrogen）。M82的中央地區的電波觀測圖也顯示有大量年輕的超新星殘骸，這些都是星暴創造出來的質量較大的恆星交互作用所殘留下來的。1997年釋出的影像哈伯影像令人震驚的觸鬚星系則是另一個著名的星爆系統。

天文奇觀

對撞後快速消逝的星體

在2021年1月11日《自然天文學》雜誌上發表的一篇論文中，科學家們首次探測到了一種罕見現象，星系對撞的結果發生在ID2299的星暴星系。天文學家首次親眼目睹了一個遙遠星系的死亡，他們將其描述為「真正的極端事件」。

編號ID2299的星暴星系距離地球大約90億光年。當天文學家偶然觀察到它時，他們看到的是年齡大約為45億年的宇宙。天文學家說，ID2299每年損失的星系氣體大約為10,000個太陽質量，這迅速耗盡了形成新恆星所需的物質。如此驚人的星系氣體耗散似乎是由於兩個星系劇烈的對撞合併造成的，最終兩個星系融合成爲ID2299。目前，星系形成恆星的速度比銀河系快數百倍，這進一步耗盡了其剩餘的寶貴星系氣體供應。因此，預計ID2299會在幾萬年的時間內快速死亡。 星系中的所有恆星死亡並且不再有新的恆星形成時，星系本身將不復存在。

論文主要作者安娜格拉齊婭‧普格里西（Annagrazia Puglisi）在歐洲南方天文台（European Southern Observatory）的聲明中說：「這是我們首次在遙遠的宇宙中觀察到一個典型的巨大恆星形成星系由於噴出大量的星系氣體而走向『死亡』。」

影片

Artist’s impression of ancient galaxy megamerger藝術家對古代銀河巨人合併的印象

Pan across the Milky Way’s central region在銀河系的中央區域平移