【地科小擂台】哪個才是真的星系？

林彥興

下圖中只有一個星系是真的用望遠鏡拍到的。
你能夠辨認出是哪個嗎？
說說你是怎麼判斷的吧！

Credit: FIRE-2 / NASA, ESA, STScI, Paul Sell (University of Florida)

揭曉答案：答案是原圖中右邊這張，由哈伯拍攝的 NGC 2276！
而原圖中左邊的星系，則是由宇宙學模擬 [1] 團隊 FIRE-2 所模擬出的星系 [2]，團隊給它的名字是羅蜜歐（Romeo）。

但答案是甚麼一向不是重點，重點是通往答案過程。究竟有什麼線索可以幫助我們判斷哪個才是真的星系呢？

第一個線索，我們可以看到在 NGC 2276 的右上角，可以看到一個被切掉大部分的星點所散發出來的十字形星芒。這樣的星芒，是來自哈伯太空望遠鏡的十字形次鏡支架所產生的繞射。

第二個線索，是背景中的其他星系。因為宇宙十分廣闊，望遠鏡在拍攝某個目標的時候，常常會有其他更遙遠的星系出現在視野中。

第三個線索，是星系解析度的變化。在 NGC 2276 的影像中，星系內圈跟外圈的解析度是一樣的。但在 Romeo 的影像中，它的內圈解析度明顯要比外圈更高一些。這是因為在進行模擬時，星系內圈需要的計算細節較多，所以程式會優先提高星系中心的解析度。而星系外圍比較不需要那麼多計算資源的地方，就可以用比較低的解析度去計算，以提高計算的效率 [3]。

小編覺得，這次的小擂台可以看到兩件很重要的事：

首先，當前天文學家對星系已經有相當多的理解，他們在電腦中模擬出來的星系，跟真的星系已經相當接近，用肉眼難以分辨。

第二，也是小編想特別想要強調的是，這些線索單獨來看其實都並不是那麼有力。
Romeo 的影像中沒有星芒，也許只是視野中沒有足夠亮的星；
沒有背景星系，也許就只是剛好這片區域就是剛好沒有背景的星系；
星系外圈比較模糊，也許剛好那個星系外圈的恆星分布就比較瀰散一點而已。
但是將多個線索綜合起來看，你就可以有相當的信心，去判斷哪張圖片才是真的由望遠鏡拍攝。
科學的發展往往也是這樣。在研究的前沿，往往有多個理論試圖解釋同一個現象。但歷史上其實很少有一個決定性的證據，可以一刀兩斷的判定哪個理論是正確的 [4]。多數時候，單個實驗的證據都不足以證明或證否某個理論，但當有很多很多證據一個個冒出，漸漸的科學家們就會發現，哪個理論可能是更好的選擇，科學也就在這樣的過程中緩緩前進。


[1] 參見我們在科學月刊上的文章！

[2] 可以到這裡看看 FIRE-2 團隊其他的模擬星系！

[3] 相關的概念可以參見「自適應網格 AMR」。
不過，嚴格的說 FIRE-2 採用的是更先進的演算法。

[4] 這種概念稱為判決性實驗。