【原】碰撞过后，星系是走向新生还是灭亡？

天文在线 2023-04-08 发布于云南

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美国国家航空和宇宙航行局的斯皮策太空望远镜一直在观察星系碰撞的发展，并试图了解这对未来的意义。

合并的两个星系名为为NGC 7752（较大的星系）和NGC 7753（较小的星系），也统称为Arp86。它由三个斯皮策红外阵列摄像机（IRAC）拍摄到的图像组成。图片来源：NASA / JPL-Caltech

美国国家航空和宇宙航行局的斯皮策太空望远镜拍摄的三幅图像显示了宇宙中合并的成对星系。尽管星系现在看起来是分开的，但重力会将它们拉在一起，不久它们将合并形成新的合并星系。一些合并的星系将经历数十亿年的增长。然而，有些人认为合并最终不会成功，也不会形成恒星，星系注定会消亡。

目前我们可观测到的宇宙中只有少数几个星系正在合并，但是在60亿到100亿年前，星系合并很普遍，这些合并大刀阔斧地改变了宇宙景观。十多年来，从事大天文台全景红外星系研究的科学家一直在利用附近的星系来研究星系合并的细节，并将其用作宇宙历史早期的实验室。这项调查的重点是200个附近的天体，包括处于不同合并阶段的许多星系。

在这些图像中，不同的颜色对应于人眼不可见的红外光的不同波长。蓝色对应于3.6微米，绿色对应于4.5微米——两者均由恒星发射。红色对应于8.0微米，该波长主要由灰尘发出。

斯皮策望远镜还检测到了两个合并星系，称为Arp 302，也称为VV340。图片来源：NASA / JPL-Caltech

造成合并星系内部的恒星形成突然停止的主要过程之一是过度膨胀的黑洞。在大多数星系的中心都存在一个超大质量的黑洞，这是一个强大的野兽，其质量比太阳大数百万至数十亿倍。在星系合并期间，气体和尘埃被带入星系中心，有助于形成年轻的恒星，却也为中央的黑洞提供了能量。

但是这种突然的爆发可能会造成不稳定的环境。由不断增长的黑洞产生的冲击波或强风可以扫过整个星系，产生大量气体并阻止恒星的形成。足够强大或反复的气流会阻碍星系制造新恒星的能力。

合并、恒星爆发和黑洞活动之间的关系很复杂，科学家们仍在努力试图理解它。新合并的星系之一是在夏威夷凯克天文台进行的一项详细研究的课题。在该研究中，GOALS项目的科学家们搜寻了星系中央活跃的星系冲击波，星系中央由超大质量黑洞提供能量，十分明亮。冲击波信号的缺乏表明，活跃的星系中心在合并星系生长中的作用可能并不直接。

相关知识

星系（英语：Galaxy）是由恒星、恒星遗骸、星际气体、尘埃和暗物质等组成，并受到引力绑定的系统^[2]^[3]。Galaxy 这个词源于希腊 galaxias（γαλαξίας），字面的意思是"银河"（请参考银河系）。星系的大小从只有几亿颗（10⁸）恒星的矮星系到拥有上兆颗（10¹⁴）恒星的巨大星系^[4]，都绕着其质量中心运行。

星系根据在视觉上的型态分类为椭圆 ^[5]、螺旋或不规则^[6]。许多星系被认为在它们的中心有超大质量黑洞。银河系中心的黑洞，被称为人马座A*，其质量是太阳的400万倍^[7]。截至2016年3月，GN-z11是观测到的最古老、最遥远星系，距离地球的同移距离是320亿光年，观测到在大爆炸之后仅4亿年它就存在了。

2016年发布的一项研究报告，修正了可观测宇宙中的星系数量，从之前估计的2000亿（2×10¹¹）^[8]建议增加为2兆（2×10¹²）或更多^[9]^[10]，并且就整体而言，估计恒星的数量多达1×10²⁴颗^[11]^[12]（比地球上所有的沙粒还要多的恒星）^[13]。大多数星系的直径在1,000至100,000秒差距（3,000至300,000光年），并且相隔距离的数量级在百万秒差距。做为比较，银河系的直径在30,000秒差距（100,000光年），与它最近的大星系邻居是相隔78万秒差距（250万光年）的仙女座星系。

在星系之间的空间充满了稀薄的气体（星际物质），其平均密度小于每立方米一个原子。大多数星系在引力作用下会组织成星系群、星系团和超星系团。银河系是本星系群的一部分，它由它和仙女座星系主导，又是室女超星系团的一部分。在宇宙的大尺度中，这些关联通常被排列成星系片和细丝，围绕在空洞的周围^[14]。本星系群和室女超星系团都包和在宇宙中更大的一个，称为拉尼亚凯亚的结构内^[15]。