如果將宇宙比喻為無邊無際的大海，那么星系就像其中一個個小島?，F(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)認(rèn)為，宇宙的結(jié)構(gòu)是等級成團式的——星系與星系之間在引力作用下慢慢聚集起來，逐漸形成更大尺度的結(jié)構(gòu)。因此，在我們的宇宙中，星系之間通常以群島的方式存在。我們的銀河系就位于一個被稱為本星系群的星系群中。

由于宇宙非?？諘?，在一般的星系群島中，星系和星系之間的距離遠(yuǎn)大于星系島嶼自身的尺度。然而有一類星系群卻非常特殊，這些星系群中島嶼和島嶼之間的距離非常小，基本和島嶼自身的尺度相當(dāng)，這樣的星系群被稱為致密星系群。

研究致密星系群可以告訴我們什么?又該怎么判斷一個星系是否“致密”?

星系的過去和未來 它都能看到

歷史上最先被確認(rèn)的致密星系群是著名的斯蒂芬五重奏(參見圖1)。在斯蒂芬五重奏中，我們可以清楚的看到這些星系成員之間的距離小到幾乎緊密的靠在一起，而星系自身的圖像也和孤立星系有些差異，顯得不那么規(guī)則。

圖1：著名的致密星系群—斯蒂芬五重奏的圖像。除了最下方的NGC 7320是無關(guān)的前景星系外，該星系群由中間的三個星系(NGC 7319， NGC 7318A， NGC 7318B)和左上角的NGC 7320C及右下角的NGC 7317共同構(gòu)成

我們知道星系不僅在大尺度構(gòu)成上被稱為“宇宙島”，其自身也是一個由氣體、恒星、塵埃以及暗物質(zhì)等多種成份組成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。這個生態(tài)系統(tǒng)的演化過程除了依賴自身的質(zhì)量(島嶼的大小)外，還與其周圍“島嶼”的環(huán)境密切相關(guān)。而致密星系群這樣的群島就是一種非常特殊的環(huán)境。

在致密星系群中，星系和星系之間的距離非常小，星系自身巨大的質(zhì)量會給相鄰的星系帶來巨大的潮汐作用，從而破壞星系自身的結(jié)構(gòu)，影響其中的恒星形成，甚至包括中央黑洞的增長過程。此外，由于引力的作用，致密星系群中質(zhì)量相當(dāng)?shù)男窍抵g會迅速的合并(這種質(zhì)量相當(dāng)?shù)男窍挡⒑鲜录谔煳膶W(xué)中被稱為主并合事件)，而這種合并過程對星系自身的“生態(tài)系統(tǒng)”來說，幾乎是災(zāi)難性的。但是，星系并合這種“災(zāi)難性”事件又是宇宙中星系質(zhì)量增長的一條重要途徑，也是目前星系天文學(xué)研究中的熱點和難點。比如，我們并不清楚，銀河系在其演化歷史中是否經(jīng)歷過這種災(zāi)難性的并合事件?在未來的幾十億年間，銀河系和其最大的鄰居仙女座大星云會如何上演這樣的超級并合事件?

一般認(rèn)為，致密星系群中星系的并合過程將非常迅速。也就是說，致密星系群是星系演化過程中所處的一種特殊而短暫的狀態(tài)。對應(yīng)于這種短暫轉(zhuǎn)態(tài)，致密星系群在觀測中并不常見。因此，搜尋并建立一個更大更完備的致密星系群樣本，并研究其隨著時間的演化對理解星系的成長特別是并合過程具有十分重要的意義。

找到真正的“致密星系群” 并不簡單

歷史上經(jīng)典的識別致密星系群的方法是通過圖像辨認(rèn)，比如著名的Hickson 星系群列表，它包含了100個致密星系群，由加拿大天文學(xué)家 Hickson 于 1992 年發(fā)表。但這種僅靠圖像辨認(rèn)的方法有一個明顯的缺點，就是缺乏距離信息，因此有可能把不同距離上的前景或者背景星系錯誤地當(dāng)錯星系群的成員。因此，要想完全無誤地證認(rèn)致密星系群還需要所有成員星系的光譜觀測。由星系的光譜觀測可以得到星系的紅移，而根據(jù)星系的紅移則可以知道星系的距離。除了非常近距離的星系之外，光譜紅移仍然是目前星系距離測量最準(zhǔn)確的方法。

目前，由于光纖光譜技術(shù)的發(fā)展，具有光譜紅移(距離)測量的星系樣本數(shù)大大提高，比如迄今地面天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的最成功的天文巡天觀測——斯隆數(shù)字巡天中具有紅移測量的星系樣本數(shù)達(dá)百萬量級。但是，對于致密星系群來說，其成員全部有紅移測量的比例并不高。這是因為一般的光譜巡天都是采用光纖光譜排列在望遠(yuǎn)鏡的焦面上同時拍攝天球上的多個目標(biāo)。但是，由于光纖和光纖之間存在物理上的碰撞，因而不能同時觀測天球上兩個非?？拷哪繕?biāo)。對于致密星系群來說，由于其成員之間都非常的靠近，因此無法排列多根光纖來同時觀測其所有成員的光譜。

有沒有更好的辦法來更完備的搜尋致密星系群呢?當(dāng)然，最好的辦法就是利用其它望遠(yuǎn)鏡來對那些在斯隆數(shù)字巡天中由于光纖碰撞而遺漏的星系進(jìn)行補充觀測。在我國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡光譜巡天中，來自上海天文臺的一支研究團隊就將這些遺漏觀測的星系樣本編輯并建立為一個補充星系樣本來進(jìn)行觀測。到目前為止，郭守敬望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)對上萬個補充星系進(jìn)行了光譜觀測并獲得了準(zhǔn)確的紅移測量。因此，結(jié)合斯隆數(shù)字巡天和郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天的觀測數(shù)據(jù)就可以對這些非常密近的星系系統(tǒng)開展獨特的科學(xué)研究(參見圖2)。

圖2：一個典型的結(jié)合斯隆數(shù)字巡天和郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天數(shù)據(jù)證認(rèn)的致密星系群。其中白色圈出來的星系是由斯隆數(shù)字巡天提供的光譜觀測，紅色圈出來的星系光譜則是由郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天提供

最近，上海天文臺的研究團隊正是基于這些數(shù)據(jù)構(gòu)建了目前最大且最完備的致密星系群樣本，成為相關(guān)研究領(lǐng)域的一項基礎(chǔ)性工作。該研究目前已在天體物理學(xué)研究增刊(ApJS)發(fā)表。

具體來說，該項研究中包含了6100多個致密星系群，將前人研究的樣本擴大了一個量級以上，其中超過1100個致密星系群中有成員星系的光譜由郭守敬望遠(yuǎn)鏡所獨家提供。值得一提的是，這項研究還創(chuàng)新性的采用了“寧可錯殺，不可放過”的思想，額外構(gòu)建了8000多個致密星系群的“候選樣本”。這所謂侯選樣本，就是這些星系群樣本中目前還沒有全部的光譜紅移測量，因此還不能完全確認(rèn)為真實的致密星系群，有待未來通過光譜進(jìn)行進(jìn)一步地認(rèn)證。屆時，郭守敬望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)將可以在致密星系系統(tǒng)的相關(guān)研究上發(fā)揮主導(dǎo)性作用，從而在星系并合及相互作用這個天文學(xué)的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域中產(chǎn)生更多的原創(chuàng)性研究成果。