摘要：目前，由於光纖光譜技術的發展，具有光譜紅移（距離）測量的星系樣本數大大提高，比如迄今地面天文望遠鏡進行的最成功的天文巡天觀測——斯隆數字巡天中具有紅移測量的星系樣本數達百萬量級。在我國的郭守敬望遠鏡光譜巡天中，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並建立爲一個補充星系樣本來進行觀測。

來源：科學大院

如果將宇宙比喻爲無邊無際的大海，那麼星系就像其中一個個小島。現代的標準冷暗物質宇宙學認爲，宇宙的結構是等級成團式的——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構。因此，在我們的宇宙中，星系之間通常以羣島的方式存在。我們的銀河系就位於一個被稱爲本星系羣的星系羣中。

由於宇宙非常空曠，在一般的星系羣島中，星系和星系之間的距離遠大於星系島嶼自身的尺度。然而有一類星系羣卻非常特殊，這些星系羣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，這樣的星系羣被稱爲緻密星系羣。

研究緻密星系羣可以告訴我們什麼？又該怎麼判斷一個星系是否“緻密”？

星系的過去和未來 它都能看到

歷史上最先被確認的緻密星系羣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，顯得不那麼規則。

圖1：著名的緻密星系羣---斯蒂芬五重奏的圖像。除了最下方的NGC 7320是無關的前景星系外，該星系羣由中間的三個星系（NGC 7319， NGC 7318A， NGC 7318B）和左上角的NGC 7320C及右下角的NGC 7317共同構成

我們知道星系不僅在大尺度構成上被稱爲“宇宙島”，其自身也是一個由氣體、恆星、塵埃以及暗物質等多種成份組成的複雜的生態系統。這個生態系統的演化過程除了依賴自身的質量（島嶼的大小）外，還與其周圍“島嶼”的環境密切相關。而緻密星系羣這樣的羣島就是一種非常特殊的環境。

在緻密星系羣中，星系和星系之間的距離非常小，星系自身巨大的質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構，影響其中的恆星形成，甚至包括中央黑洞的增長過程。此外，由於引力的作用，緻密星系羣中質量相當的星系之間會迅速的合併（這種質量相當的星系併合事件在天文學中被稱爲主併合事件），而這種合併過程對星系自身的“生態系統”來說，幾乎是災難性的。但是，星系併合這種“災難性”事件又是宇宙中星系質量增長的一條重要途徑，也是目前星系天文學研究中的熱點和難點。比如，我們並不清楚，銀河系在其演化歷史中是否經歷過這種災難性的併合事件？在未來的幾十億年間，銀河系和其最大的鄰居仙女座大星雲會如何上演這樣的超級併合事件？

一般認爲，緻密星系羣中星系的併合過程將非常迅速。也就是說，緻密星系羣是星系演化過程中所處的一種特殊而短暫的狀態。對應於這種短暫轉態，緻密星系羣在觀測中並不常見。因此，搜尋並建立一個更大更完備的緻密星系羣樣本，並研究其隨着時間的演化對理解星系的成長特別是併合過程具有十分重要的意義。

找到真正的“緻密星系羣” 並不簡單

歷史上經典的識別緻密星系羣的方法是通過圖像辨認，比如著名的Hickson 星系羣列表，它包含了100個緻密星系羣，由加拿大天文學家 Hickson 於 1992 年發表。但這種僅靠圖像辨認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錯星系羣的成員。因此，要想完全無誤地證認緻密星系羣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確的方法。

目前，由於光纖光譜技術的發展，具有光譜紅移（距離）測量的星系樣本數大大提高，比如迄今地面天文望遠鏡進行的最成功的天文巡天觀測——斯隆數字巡天中具有紅移測量的星系樣本數達百萬量級。但是，對於緻密星系羣來說，其成員全部有紅移測量的比例並不高。這是因爲一般的光譜巡天都是採用光纖光譜排列在望遠鏡的焦面上同時拍攝天球上的多個目標。但是，由於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常靠近的目標。對於緻密星系羣來說，由於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緻密星系羣呢？當然，最好的辦法就是利用其它望遠鏡來對那些在斯隆數字巡天中由於光纖碰撞而遺漏的星系進行補充觀測。在我國的郭守敬望遠鏡光譜巡天中，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並建立爲一個補充星系樣本來進行觀測。到目前爲止，郭守敬望遠鏡已經對上萬個補充星系進行了光譜觀測並獲得了準確的紅移測量。因此，結合斯隆數字巡天和郭守敬望遠鏡巡天的觀測數據就可以對這些非常密近的星系系統開展獨特的科學研究（參見圖2）。

圖2：一個典型的結合斯隆數字巡天和郭守敬望遠鏡巡天數據證認的緻密星系羣。其中白色圈出來的星系是由斯隆數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鏡巡天提供

最近，上海天文臺的研究團隊正是基於這些數據構建了目前最大且最完備的緻密星系羣樣本，成爲相關研究領域的一項基礎性工作。該研究目前已在天體物理學研究增刊（ApJS）發表。

具體來說，該項研究中包含了6100多個緻密星系羣，將前人研究的樣本擴大了一個量級以上，其中超過1100個緻密星系羣中有成員星系的光譜由郭守敬望遠鏡所獨家提供。值得一提的是，這項研究還創新性的採用了“寧可錯殺，不可放過”的思想，額外構建了8000多個緻密星系羣的“候選樣本”。這所謂侯選樣本，就是這些星系羣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爲真實的緻密星系羣，有待未來通過光譜進行進一步地認證。屆時，郭守敬望遠鏡的觀測數據將可以在緻密星系系統的相關研究上發揮主導性作用，從而在星系併合及相互作用這個天文學的前沿熱點研究領域中產生更多的原創性研究成果。