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豌豆星系

豌豆星系，也称为豌豆或绿豌豆，是一种有着异乎平常的恒星形成比率，可能是新类型的明亮蓝致密星系[1]。豌豆星系是因为史隆数位巡天 (SDSS) 得到的图像都是体积小且呈现淡绿色外观而得名的。

星系动物园的绿豌豆。
哈伯太空望远镜拍摄的三个星暴碗豆。

豌豆星系是在2007年由天文学的线上自愿工作者在星系动物园 (GZ) 计划中首度发现[2]。星系动物园的创办者与奠基人之一，Kevin Schawinski说：这是真正的公民科学计划……它是如何从事科学研究的新方法产生结果的一个伟大例子，否则不会有可能的。[3]

描述

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豌豆星系是致密的富氧发射线星系 (ELG)，从这些来自氧的谱线测得的红移z=0.112和0.360之间。这些低质量星系的大小有个上限值，没有一个的直径大于 16,300光年（5,000秒差距）[1]，并且在它们所驻留的环境中，密度也只有正常星系的三分之二。一个星暴的豌豆平均红移z = 0.258，质量大约是30亿6000万太阳质量，每年的恒星诞生率是13太阳质量，OIII的等效宽度为69.4奈米，并且是低金属量[1][4]。它们有很强的500.7奈米OIII发射谱线， O++或双电离氧是可见光谱中的禁线，只可能在非常低密度的情况下出现。豌豆星系是有史以来发现的最活跃的恒星形成星系[3]。

将豌豆星系和银河系比较，可以很有效的视觉化处理恒星形成的速率。银河系视一个棒涡星系，拥有5,800亿M☉[5][6]。根据ESA和NASA的研究，每年形成的恒星只有4M☉[7]，而豌豆星系平均只有31亿6,200万M☉[1]，所以，银河系的质量接近豌豆星系的175倍。但是，豌豆星系每年约有13 M☉的星际气体形成恒星，这是银河系的3.25倍[1]。如果再比较豌豆星系和银河系的质量，豌豆星系形成恒星的效率将高达银河系的568倍。

 
哈勃空间望远镜宇宙起源频谱仪豌豆星系 GP_J1219 的近紫外图像。

豌豆星系存在的时间在宇宙只有现在年龄四分之三的时期，可以提供宇宙早期星系的形成和演化线索[8][9]。阿莫在2012年2月出版的GTC论文中指出，现在认为绿色的豌豆星系是老星系，形成于数十亿年前，比多数大质量的星系早了几十亿年。从光谱研究中已经确认在GTC研究的三个星系中，其中之一存在着老恒星[10]。

Schawinski说："这些星系存在于早期的宇宙中是正常的，但是只是我们到现在才看见这些活跃星系，了解绿豌豆星系可能会告诉我们一些早期宇宙中，有关于恒星如何形成和星系是如何的演变。"[3]

发现的历史

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2007年至2010年

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星系动物园是于2007年7月开展的一个线上专案，其目的为分析100万个星系来研究星系型态学。2007年7月，就在GZ计划开始后的几天，在网络论坛上就出现 Hanny Van Arkel张贴的给豌豆一个机会的言论，并张贴了几个不同的绿色天体。开始时以为这只是一种幽默，但到了2007年12月，已经很明确的认为这些不寻常的天体是一种不同类的星系。这些豌豆星系在SDSS中的影像都是无法解析的绿色天体。这是因为这些豌豆有一个非常高能量，是高度电离的氧离子的发射谱线，SDSS的复合材料增加了它们在r频带的颜色亮度，或是光度，并且取代了另外两个g和i频带的颜色，而r频带在SDSS的影像中是绿色的[1][11]。2008年7月，Enthusiasts开始自称这些是豌豆军团，搜集了百余种这样的豌豆，最后一起放置在Carolin Cardamone于2008年7月成立的thread论坛。这些搜集，一旦被确认，就可提供在星系动物园百万个星系的数据库中检索，最后共有251个绿豌豆的样本。

在2009年7月，MNRAS刊登了一篇标题为星系动物园的绿豌豆：发现恒星形成极端致密的星系 (Cardamone et al. 2009：Galaxy Zoo Green Peas: Discovery of A Class of Compact Extremely Star-Forming Galaxies)的论文[1] (e.g.[12][13][14][15])。在这篇论文中，认可了10名星系动物园的自愿工作者对绿豌豆的研究做出了特别重大的贡献。他们是：Elisabeth Baeten、Gemma Coughlin、Dan Goldstein、Brian Legg、Mark McCallum、Christian Manteuffel、Richard Nowell、Richard Proctor、Alice Sheppard和Hanny Van Arkel。他们感谢给豌豆一个机会。引用自ADS数据库2009MNRAS.399.1191C (Cardamone 2009)。

在2010年4月，一封以信函呈现的论文发表在天文物理期刊上，署名的是R. Amorin、E. Perez-Montero和J. Vilchez，探讨了80个星暴豌豆的金属量丰度问题[4]。

在2010年12月，Yuri Izotov、Natalia Guseva和Trinh Thuan在天文物理期刊上发表了另一篇论文，它们争辩豌豆星系是稀有的星系，还是已知的光度致密星系（LCG）的一个子分类[16]。

2011年

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在2011年5月，R. Amorin、R. Perez-Montero和J.Vilchez发表了他们对豌豆星系研究的'会议流程'[17]。在此出版物中，他们宣布已经使用加那利大型望远镜（GTC）的OSIRIS成像仪和摄谱仪进行了一系列的观测，有关于他们的研究和即将发表的论文。这些观测将对豌豆星系的演化状态提出新的见解。尤其是，我们将能够看到豌豆星系的扩展，老的恒星族群隐没、年轻恒星的星暴，像大多数蓝致密星系中那些占主导地位的大质量恒星[17]。

在2011年10月，Sayan Chakraborti、Naveen Yadav、Carolin Cardamone和Alak Ray 发表了一篇标题为绿豌豆的电波检测：对年轻星系磁场的影响(Radio Detection of Green Peas: Implications for Magnetic Fields in Young Galaxies)。在这篇论文中，使用了来自巨米波电波望远镜 (GMRT) 的新资料，基于对绿豌豆的各种观测描述了周围的磁场。他们的研究显示，三个非常年轻的星暴星系有着比银河系更大的磁场。这与当前的理解，星系随着时间的推移逐渐建立其磁场，有所矛盾[18]。在2012年，可以使用来自甚大天线阵 (VLA) 的新资料，将注意力集中在这三个豌豆星系上，得到有关极性和完整的光谱索引资料。

在2011年11月，Y.I. Izotov、N.G. Guseva、K.J. Fricke和C. Henkel在天文和天文物理期刊上发表了标题为在SDSS的广域红外线巡天探测卫星 ( WISE) 发现热尘埃发射和星系形成星系 (Star-forming galaxies with hot dust emission in the SDSS discovered by the Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)。在这篇论文，他们发现4个星系在3.4μm (W1) 和4.6μm (W2) 有非常红的颜色。这意味着在这些星系中的尘埃有1000K的温度。这4个星系都是绿豌豆，并是得已知具有这种特征的星系数量激增一倍以上[19]。

2012年

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在2012年1月，L.S. Pilyugin、J.M. Vilchez、L.Mattsson和T.X. Thuan在MNRAS发表一篇论文，标题为：从整体的SDSS发射谱线测量丰度：探索具有高N/O比率的天体 (Abundance determination from global emission-line SDSS spectra: exploring objects with high N/O ratios)[20]。在此处，他们从星系全体辐射的SDSS光谱使用 (1) 电子温度法和 (2) 两条最近的强线校准：O/N和S/N校准[20]。以三套物件进行比较：富含氢成分的星云、281 SDSS星系和Cardamone等人探测到含有[OIII]-4363 极光线的绿豌豆星系[20]。围绕在其间的问题是有多少围绕着豌豆的星云会影响到光谱，和造成绿豌豆这样的结果[16]。经由使用有效的方法和分析这三个天体金属量的比较，他们的结论是：在一些绿豌豆星系得到的高氮-氧比率，可能是因为它们的SDSS光谱事实上是与一些具有不同物理性质 (如金属量) 的星云混合的光谱。然而，那些最热的绿豌豆星系，他们看起来像矮星系，这样的解释就似乎是似是而非了。它们似乎只研究了这些星系的HII区，而这些星系具有的分散性丰度比一般的矮星系高出许多[20]。

在2012年1月，S.A. Hawley在太平洋天文学会也发表了一篇论文，标题为：绿豌豆星系的恒星形成丰度[21]。在这篇论文，前美国太空人史蒂夫·霍利比较了以前有关于绿豌豆金属量的结果。霍利使用不同的方法校准和比较，解释不同的结果。主要是来自Cardamone和Amorin等人，但有些来自Izotov等人，并建议这些论文的研究结果之间的各种差异可能是什么原因。他还认为这种细节是沃尔夫–拉叶星造成气体电离所贡献的，同时那些发射谱线给了这些星系最准确的结果。它的结论写道：从绿碗豆延伸的校准不同于那些一般可使用的，对于像绿碗豆与极端高度电离源这样的恒星形成星系，被发现是更常见的。[21]

在2012年2月，R. Amorin、E. Perez-Montero、J.M. Vilchez和P. Papaderos发表了一篇名为"The Star Formation History and Metal Content of the 'Green Peas'. New Detailed GTC-OSIRIS spectrophotometry of Three Galaxies"的论文[10]。他们使用安装在罗克德洛斯埃天文台10.4 m GTC（大加那利岛）的OSIRIS仪，以宽频波段成像和引用长狭缝光谱观测了这三个目标星系[10]（请参见本文的后续，以对此编文章有更详细的了解）。

在2012年7月，authors R. Amorín、J. M. Vílchez、G. Hägele、V. Firpo、E. Pérez-Montero和P. Papaderos几位作者在astro-ph发表了一篇新论文，题目为"在致密、快速组合恒星形成星系中复杂的气体动力学（Complex gas kinematics in compact, rapidly assembling star-forming galaxies）"[22]。使用加那利大型望远镜，他们发表了6个星系的高品质光谱结果，其中5个是绿碗豆星系。在研究了这6个星系光谱的Hα发射线之后，显示这些Hα发射现有着不同的谱线。这些多出来的谱线显示这些碗豆有几个气体团块和恒星相互之间有着很大的相对速度。的确，这些谱线也显示碗豆确实有扰动的物质，与其它部分（或团块）有着超过500公里/秒的相对速度。

在2012年9月， S. Parnovsky、I. Izotova和Y. Izotov在"天文物理和太空学"的期刊上发表了标题为"Hα和紫外线光度在大光度致密星系的大量样本的恒星形成率（H alpha and UV luminosities and star formation rates in a large sample of luminous compact galaxies）" [23]。在文中，它们使用星系演化探测器观测的大约800个明亮的致密星系（luminous compact galaxies，LCGs）连续的紫外线和Hα发射线，研究统计目前的恒星形成率（star formation rates，SFR）。绿碗豆被认为是LCGs的一个子集团 （见下文，伊佐托夫等人，2011年）。在一个较大的LCGs集团内，包括绿豌豆，发现的SFR大约是每年110太阳质量。

2013年

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2014年

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2015年

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2016年

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在2016年5月，Miranda C. P. Straub在开放获取(open access journal（英语：open access journal）)发表了一篇公民科学的研究论文－理论与实践的召唤”给公民科学家们一个机会：志愿者的研究领导科学发现”[24]。摘要提纲：’’发现一种被称为豌豆星系的星系：由志愿者完成的科学工作。这个独特的情况产生于称为星系动物园（Galaxy Zoo）的科学群众资源网站[24]。

在2016年4月，Yang等人发表了"绿豌豆星系揭露莱曼α（Lyα）逃逸的秘密"[25]。使用HST_COS（Henry GO: 12928, Jaskot GO: 13293和Heckman GO: 11727）12GPs的莱曼α谱线，进行了辐射传输模型的分析和类比[25]，探讨了各种属性莱曼α逃逸的分量相关性[25]。在所有12 GPs显示莱曼α的辐射，与莱曼α等值宽度分布类似于高红移辐射[25]。研究结果是莱曼α逃逸分量强烈取决于金属量和尘埃消光的适度（moderately）。论文结果表示低H1列密度和低丰度是莱曼α逃逸的必要条件。"总之，GPs提供一个无与伦比的机会来研究莱曼α辐射的莱曼α逃逸[25]。

2017年

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J0925+1403 and LyC leakage

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LyC detection in J1152+3400、J1333+6246、J1442-0209、J1503+3644

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莱曼阿尔法发射

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A. Jaskot和M.S. Oey的论文

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Cardamone 2009论文中的物理学

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R. Amorin、J.M. Vilchez 和 E. Perez-Montero的论文

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GTC-OSIRIS分光光度法

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与发光致密星系的比较

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无线电检测

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参见

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外部链接

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参考资料

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