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宇宙与科学 2019-03-03 10:24:35  在宇宙中，星系是一个非常有趣的结构，它们虽然在宇宙结构中占比很少，但是是目前天文学家观测的一个重要的目标。本次我将用星系的一些活动方式带大家了解星系，了解宇宙中的可见物质。首先，我们说一说星系中最有趣的一个部分——核心  天文学家观察合并星系的核心部分可以说是很不容易的一件事情，因为在观测的过程中会有很多星尘和恒星的光干扰视野。现在，新的数据为天文学家指明了更好的方向，之后的研究里天文学家找到了两个星系，幸运的是天文学家可以直接观测它们的合并过程。观测星系之间的合并过程对天文学家了解星系的进化历史很有帮助，怎么帮呢？我们继续看 美国宇航局和佛罗里达大学组成的调查团队刚刚完成了对星系核心的观测，利用的是近红外光谱观测的方法，研究小组还使用了很多高分辨率图像，这些图像来自于夏威夷的天文台。团队工作人员观察后发现近距离的黑洞在靠近后会形成一个更大的黑洞。  后来团队成员又对星系合并过程进行了计算机模拟，发现黑洞在合并的最后阶段增长是明显加快的。事实上，随着合并时间的推移，两个星系核心黑洞会越来越大，越来越快地增长。这其实对于我们理解为什么有的黑洞那么大是很有帮助的。 宇宙中的黑洞有多大呢？我们银河系中心的黑洞是太阳质量的400万倍。而银河系附属的星系群是本星系群（团），本星系群最大的星系中心黑洞的质量都可以达到1亿个太阳质量。我们知道本星系群也只是银河系里面很小的结构，最大的黑洞是太阳质量的660亿倍。通过研究这些图像和数据为我们展示了在星系合并过程混乱的星系核心中，一对星系核心之间结合的最后阶段。  天文学家这次观测的是距离我们银河系3.3亿光年外的两个星系，看似离我们非常的遥远，但是其实大家知道我们的银河系在近50亿年后也会和仙女座星系相撞，发生星系合并现象。而在去年天文学家的研究结果表明，近50亿年来的撞击可能不止一次…… 在遥远的未来，我们的银河系将经受不止一次剧烈碰撞。从现在起大约45至50亿年后，巨大而美丽的仙女座螺旋星系和银河系会相撞然后会合并在一起。不过我们可以先说说我们银河系的另一个邻居，一个比较小的邻居——大麦哲伦云LMC。它实际上会在仙女座碰撞合并发生前25亿年撞击银河系。  到时候，这一现象将产生难以想象的高能辐射喷流，不过这些喷射不会影响我们的太阳系。虽然合并触发的引力相互作用可能会把我们推向星系际空间，但发生这种情况的可能性极小，大约只有百亿分之一，如果真的实现了，那个时候人类的地球还存在的话，就不得不搬家了（考虑文明的发展，殖民银河系和红巨星太阳等等，我们完全不用担心）。两个恒星之间的距离是如此之远，以至于即使是星系的粉碎也不会对我们的太阳系造成冲击。 刚刚为大家讲解了星系之间的高能碰撞，也是宇宙间随处可见的一个现象。不过相信很多朋友还是对星系的概念比较模糊。那么，什么是星系呢？  如果你用望远镜凝视星空，你会看到很多星星和亮光，其中许多光点实际上就是星系，只不过它们离我们太远了……星系是由数亿到数万亿颗恒星组成的宇宙结构，星系主要是由恒星、尘埃和暗物质组成。天文学家目前还不确定星系是如何形成的，但是目前的研究结果显示是有尘埃盘或者星盘一类的原始结构，慢慢的，聚合成了恒星行星，行星恒星多了这个星系就逐渐形成了。 具体来说，大爆炸之后，太空几乎完全由氢和氦组成，一些天文学家通过观测后发现，引力把尘埃和气体聚集到一起形成单个恒星，这些恒星被黑洞也好，被暗能量也好，更紧密地聚集在一起，最终形成星系。还有一部分天文学家研究后发现，在星系内部的恒星形成之前，星尘就会聚集在一起。天文学家们也在改进他们测量单个星系质量的技术。  其实在20世纪初，绝大多数天文学家认为整个宇宙都位于我们的银河系内。还有一些思想的先行者，比如当年的哈佛大学天文台台长Harlow Shapley认为是尘埃和气体组成了螺旋状“岛屿”，一个一个“岛屿”之间是分开的，也就是说宇宙不止一个“岛屿”，当时还称星系为一个一个的“岛屿宇宙”。直到1924年，埃德温·哈勃才发现了几个被称为造父变星的特殊脉冲星，并意识到它们位于银河系已知范围之外。这些天体是在我们的银河系之外很远的地方完全独立的系统之内。 哈勃测量了到单个星系的距离后，继续测量它们的多普勒位移现象，简单来说即星系的运动所发出的光被拉伸了多少。他确定银河系周围的星系正以惊人的速度远离我们。星系越远，它们逃离的速度就越快。  因此，他和同事们能够确定宇宙本身正在膨胀，几年后，天文学家确定膨胀正在加速。星系的一个很重要的特征是大多数星系的中心都有黑洞，可以产生巨大的能量，天文学家可以在很远的距离外就看到这些能量。在很多星系中，星系的中心黑洞是非常大而且非常活跃的，即使在相对较小的星系中也是如此。  星系分类其实按照形状进行分类的。每种类型都有不同的特点和不同的进化历史。有些像银河系一样，旋臂围绕着星系中心向外旋转。这些星系群被称为螺旋星系，很多星系都是这个样子。螺旋星系中的气体和尘埃以每秒数万公里的速度围绕中心旋转，形成了这种特殊的结构。还有一些螺旋星系的中心很奇怪，中心有一个条形结构，由灰尘和气体进入中心而形成。螺旋星系中的尘埃和气体一直在推动新恒星的形成。 而椭圆星系缺少那些华丽漂亮的旋臂，它们的外观比较规整，就是一个圆形或者是类圆形。椭圆星系的星尘结构比螺旋星系少，椭圆星系也不是那么的活跃，因此星系可能在形成过程就要结束了，星系内部的大多数恒星也都比较古老了……宇宙中所有星系还有其余3%的星系被称为不规则星系。它们既不是圆的，也不是漂亮的螺旋星系，它们的形状缺乏具体的定义。其他星系的引力会经常影响它们，它们纠缠在一起，可以说什么形状都有……  有些星系合并后不是扭曲成奇怪的形状，而是成群结队地聚集在一起，称为星系团。有些星系团很大，包含一千多个星系，而其他星系则小得多。银河系位于本星系团内，该星系团只包含50个星系。有的时候星系会互相碰撞，把它们的恒星和尘埃融合在一起，这是许多星系进化和成长的重要一步，也是星球生命的一个重要来源。非常重要的一件事是这个星系必须要活跃，如果死气沉沉天文学家也只能研究研究它的历史了。  在前几个月，天文学家进行了一次观测研究，两个超大质量黑洞在星系解体最后阶段的互相碰撞的现象，这是第一次看到如此完成的星系碰撞过程。年轻星系研究科学在近年来一直在不断发展，天文学家们一直在追踪星系及其演化，并且知道暗物质是如何确定甚至决定星系进化的。暗物质是一种传统望远镜技术无法感知的物质，暗物质和暗能量一起被认为构成了宇宙的大部分质量和能量，但它们的存在很难证明，目前我们只能对更传统的物体，比如星系恒星等等天体，进行粗略的观察。 在去年12月，一组研究人员对暗物质理论提出了挑战，他们发现一个名为NGC1052-DF2336958的星系的暗物质比模型预测的要大很多，数据显示有400倍，这也可能改变星系的进化模型。然而，这项研究结果是有争议的，现在仍在争论中。 利用越来越先进的技术对星系进行周期性的检查或者观测，可以使天文学家识别以前太暗而看不见的星系，并进一步了解星系的演化、大小和形状。在2017年，欧洲南方天文台超大型望远镜上的多单元光谱探索者（MUSE）仪器发现了72个隐藏的星系。2018年，哈勃太空望远镜拍摄到的一张图像，这张图片大约挤满了大约15000个星系。同一年，在一个超巨大黑洞的后面发现了数百个星系…… 天文学家对自身观测方法的严格要求加现代天文观测手段的不断进步，在未来的某一天，我们可以看到暗物质暗能量的秘密被解开。 |
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