给近邻星系做“全面体检”——积分视场光谱巡天项目MaNGA简介( 二 ) 浩瀚的宇宙中

图3.MaNGA积分视场光谱得到的星系性质分布。从左往右分别为SDSS图像（图中紫色六边形代表MaNGA的视场）、Hα辐射（反映恒星形成率）、气体速度、恒星速度、D4000（反映恒星年龄）（图源：MaNGA官网）
MaNGA项目为期6年（2014-2020），利用位于阿帕奇山顶天文台的2.5米望远镜对近邻宇宙（平均红移0.03）大约10000个星系进行了积分视场光谱的观测。 MaNGA星系样本的恒星质量大约在109太阳质量到1012太阳质量之间呈均匀分布，没有对星系倾角、所处环境、星系形态等性质做筛选，因此MaNGA的星系样本能够接近无偏的代表近邻星系。同时， MaNGA的视场覆盖了样本星系至少1.5倍的半光度半径的范围，其中三分之一的星系能达到2.5倍的半光度半径，能够对星系大部分区域进行光谱分析。与其他较早或者同期的积分视场光谱项目（SAURON、ATLAS3D、CALIFA、SAMI等）相比， MaNGA的星系样本数大大增加，从72（SAURON）、260（ATLAS3D）、600（CALIFA）、3000（SAMI）增加到10000 ，意味着MaNGA不但能够准确全面地刻画每一个星系的性质，也能提供足够多的样本进行统计性分析。
【给近邻星系做“全面体检”——积分视场光谱巡天项目MaNGA简介】在日常生活中，体重的测量是体检里一个必不可少的项目，对于星系同样如此甚至更加重要，用MaNGA对近邻星系做“全面体检”自然也少不了星系的“体重增长”这一项目。 MaNGA巡天项目的一个重要结果是对星系中恒星形成历史及其“熄灭”机制的研究。所谓恒星形成历史指的是星系中恒星形成速率随时间的变化，当星系中有大量冷气体时，质量超过金斯质量的气体团块就会坍缩形成恒星，这时星系通过大量新恒星的形成处于质量快速增长的阶段；当星系中的冷气体逐渐消耗，恒星形成率就会降低甚至停止，成为一个几乎没有恒星形成的“熄灭”星系。恒星作为星系的基本组成成分，恒星形成历史很大程度上反映了星系的“体重增长史” ，尽管星系的“体重增长”还可以通过合并其他星系的方式，研究恒星形成历史及其“熄灭”机制仍然是理解星系演化的重要环节。
许多机制能够降低星系的恒星形成率乃至使其“熄灭” ，主要原理是通过影响星系内冷气体的含量来调节恒星形成率，冷气体作为“食物”提供了星系“体重增长”的物质来源，当“食物”不足时星系的“体重增长”就会逐渐变缓乃至停止。目前星系的“熄灭”机制主要分为“自内向外”（inside-out）和“自外向内”（outside-in）两种模式， “自内向外”熄灭机制包括活动星系核的反馈作用移除星系中心气体、核球质量增长消耗星系中心气体等等， “自外向内”熄灭机制包括星系受到其他星系的潮汐剥离而失去气体，星系在介质中运动时因为冲压剥离（rampressure）作用下失去外围气体、星系无法吸积冷气体“窒息而亡”（strangulation）等等。可以说，星系“控制体重”的两个方式是“少吃”（不从外界补充冷气体）和“多动”（通过气体外流或者剥离作用移除自身已有的冷气体）。通过MaNGA积分视场光谱得到的D4000径向分布，可以发现大部分MaNGA星系中心的恒星年龄更老，处于“自内向外”的“熄灭”过程（见图4）。

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图4.MaNGA星系中D4000的分布反映了星系“自内向外”的熄灭机制。左图是D4000径向梯度和中心D4000的关系，右图是1.5倍半光度半径处D4000和中心D4000的关系。蓝色的点代表有大量恒星形成的星系，绿色的点代表部分区域恒星形成停止的星系，红色的点代表完全“熄灭”的星系。（图源：Wangetal.2018）