星系的紅外輻射

星系的紅外輻射主要由三種成分組成。第一種來自恆星光球，峯值在1～3微米，主導着大多數星系的能量輸出。星際氣體中原子和離子精細結構躍遷產生的發射線，在某些紅外波長也貢獻了可測量的輻射。還可看到分子轉動譜線以及振動–轉動譜線。這些譜線對星系總紅外光度的貢獻約百分之幾。第二種輻射主要是塵埃的熱輻射，波長大於3微米。第三種來自活動星系核，輻射機制見活動星系核。塵埃是星周物質和星際介質的重要成分。它吸收恆星或其他能源短波輻射的光子，然後在紅外波段再輻射出去，其波長取決於塵埃所處的環境。温度約1 000K的星周熱塵埃，輻射峯值波長為3微米。温度低於20K的星際空間冷塵埃，輻射波長大於150微米。這種定態輻射的塵埃顆粒較大，約0.1微米。還有一種星際塵埃顆粒很小，約0.001微米，其加熱和冷卻非常迅速，對星系紅外輻射有顯著貢獻。這種非定態輻射的波長小於30微米。1960年後紅外天文學誕生時即已知道，有的星系紅外輻射遠超過恆星光球所能產生的值，如M82和NGC1068的紅外輻射就遠高於其可見波段。1980年紅外天文衞星(IRAS)巡天發現了幾千個紅外亮星系。在100兆秒差距以內的近宇宙，極亮紅外星系的空間密度比同光度的類星體還高。紅外亮星系通常是塵埃豐富的旋渦星系。紅外輻射佔總光度的比例與其產生的環境和塵埃含量有關。仙女星系M31的紅外輻射主要來自質量約106M⊙的星周塵埃，佔總光度的10％。銀河系的紅外輻射主要來自質量約107M⊙的分子云複合體，佔總光度的50％。極亮紅外星系Arp220的紅外輻射主要來自質量約108M⊙的核周（距中央1千秒差距）塵埃，佔總光度的98％。後兩種情況下，塵埃內都有大質量的年輕熱星正在或新近形成。這些熱星的短波輻射被塵埃吸收後在紅外再輻射。這樣這些星系的紅外光度就代表了新形成恆星的總光度，進而可計算出過去1億年內的恆星形成率。紅外亮星系中相互作用系統的比例隨光度增加，紅外光度大於1012L⊙的極亮紅外星系中相互作用和併合系統達到100％。這表明相互作用和併合過程中通過雲–雲碰撞產生激波，對於觸發星暴因而增加紅外光度是非常重要的。橢圓星系中觀測到的紅外輻射表明，其中有104～105M⊙的塵埃，其來源可能是演化晚期恆星的拋出物，或是旋渦星系的併合。 ^[1]