【原】碰撞過后，星系是走向新生還是滅亡？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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美國國家航空和宇宙航行局的斯皮策太空望遠鏡一直在觀察星系碰撞的發(fā)展，并試圖了解這對未來的意義。

合并的兩個星系名為為NGC 7752（較大的星系）和NGC 7753（較小的星系），也統(tǒng)稱為Arp86。它由三個斯皮策紅外陣列攝像機（IRAC）拍攝到的圖像組成。圖片來源：NASA / JPL-Caltech

美國國家航空和宇宙航行局的斯皮策太空望遠鏡拍攝的三幅圖像顯示了宇宙中合并的成對星系。盡管星系現(xiàn)在看起來是分開的，但重力會將它們拉在一起，不久它們將合并形成新的合并星系。一些合并的星系將經(jīng)歷數(shù)十億年的增長。然而，有些人認為合并最終不會成功，也不會形成恒星，星系注定會消亡。

目前我們可觀測到的宇宙中只有少數(shù)幾個星系正在合并，但是在60億到100億年前，星系合并很普遍，這些合并大刀闊斧地改變了宇宙景觀。十多年來，從事大天文臺全景紅外星系研究的科學家一直在利用附近的星系來研究星系合并的細節(jié)，并將其用作宇宙歷史早期的實驗室。這項調查的重點是200個附近的天體，包括處于不同合并階段的許多星系。

在這些圖像中，不同的顏色對應于人眼不可見的紅外光的不同波長。藍色對應于3.6微米，綠色對應于4.5微米——兩者均由恒星發(fā)射。紅色對應于8.0微米，該波長主要由灰塵發(fā)出。

斯皮策望遠鏡還檢測到了兩個合并星系，稱為Arp 302，也稱為VV340。圖片來源：NASA / JPL-Caltech

造成合并星系內部的恒星形成突然停止的主要過程之一是過度膨脹的黑洞。在大多數(shù)星系的中心都存在一個超大質量的黑洞，這是一個強大的野獸，其質量比太陽大數(shù)百萬至數(shù)十億倍。在星系合并期間，氣體和塵埃被帶入星系中心，有助于形成年輕的恒星，卻也為中央的黑洞提供了能量。

但是這種突然的爆發(fā)可能會造成不穩(wěn)定的環(huán)境。由不斷增長的黑洞產(chǎn)生的沖擊波或強風可以掃過整個星系，產(chǎn)生大量氣體并阻止恒星的形成。足夠強大或反復的氣流會阻礙星系制造新恒星的能力。

合并、恒星爆發(fā)和黑洞活動之間的關系很復雜，科學家們仍在努力試圖理解它。新合并的星系之一是在夏威夷凱克天文臺進行的一項詳細研究的課題。在該研究中，GOALS項目的科學家們搜尋了星系中央活躍的星系沖擊波，星系中央由超大質量黑洞提供能量，十分明亮。沖擊波信號的缺乏表明，活躍的星系中心在合并星系生長中的作用可能并不直接。

相關知識

星系（英語：Galaxy）是由恒星、恒星遺骸、星際氣體、塵埃和暗物質等組成，并受到引力綁定的系統(tǒng)^[2]^[3]。Galaxy 這個詞源于希臘 galaxias（γαλαξ?α?），字面的意思是"銀河"（請參考銀河系）。星系的大小從只有幾億顆（10⁸）恒星的矮星系到擁有上兆顆（10¹⁴）恒星的巨大星系^[4]，都繞著其質量中心運行。

星系根據(jù)在視覺上的型態(tài)分類為橢圓 ^[5]、螺旋或不規(guī)則^[6]。許多星系被認為在它們的中心有超大質量黑洞。銀河系中心的黑洞，被稱為人馬座A*，其質量是太陽的400萬倍^[7]。截至2016年3月，GN-z11是觀測到的最古老、最遙遠星系，距離地球的同移距離是320億光年，觀測到在大爆炸之后僅4億年它就存在了。

2016年發(fā)布的一項研究報告，修正了可觀測宇宙中的星系數(shù)量，從之前估計的2000億（2×10¹¹）^[8]建議增加為2兆（2×10¹²）或更多^[9]^[10]，并且就整體而言，估計恒星的數(shù)量多達1×10²⁴顆^[11]^[12]（比地球上所有的沙粒還要多的恒星）^[13]。大多數(shù)星系的直徑在1,000至100,000秒差距（3,000至300,000光年），并且相隔距離的數(shù)量級在百萬秒差距。做為比較，銀河系的直徑在30,000秒差距（100,000光年），與它最近的大星系鄰居是相隔78萬秒差距（250萬光年）的仙女座星系。

在星系之間的空間充滿了稀薄的氣體（星際物質），其平均密度小于每立方米一個原子。大多數(shù)星系在引力作用下會組織成星系群、星系團和超星系團。銀河系是本星系群的一部分，它由它和仙女座星系主導，又是室女超星系團的一部分。在宇宙的大尺度中，這些關聯(lián)通常被排列成星系片和細絲，圍繞在空洞的周圍^[14]。本星系群和室女超星系團都包和在宇宙中更大的一個，稱為拉尼亞凱亞的結構內^[15]。