首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

如何杀死一个星系

来源:光明网2019-06-20 18:52

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  星系,宇宙中最庞大的可见天体,尺度和质量都大的惊人,无数恒星的家园。也会面临死亡吗?

  星系的死亡并非像大质量恒星爆炸那样壮烈,也不像生灵一样形神俱灭。星系的死亡是相对于生长而言的。

  宇宙中本没有星系,形成的恒星多了,就有了星系。宇宙中物质成分最大的暗物质构成了宇宙的基本结构。暗物质在引力作用下成团,成为一个一个的暗物质晕。重子物质,或者说是原初气体,在引力的牵引下向暗物质晕的中心汇聚,引力能转化为动能,动能又转化为辐射能被释放出去。气体在引力的作用下密度越来越高,最终点燃核反应形成恒星。恒星一批一批的形成,星系就不断长大。

  一旦星系停止形成恒星,即可被判断为死亡,天文学家称之为熄灭(quenching)。熄灭并不意味着星系中的恒星也一同’死亡’。星系死亡的时候,它包含的许多恒星还在进行着剧烈的核反应。星系的熄灭,仅仅是代表不再有新的恒星诞生了。

如何杀死一个星系

  图1,M100星系,年轻的盘星系。来自Hubble官网

  那么,宇宙中真的有已经死亡的星系吗?

  宇宙中确实有已经死亡的星系,我们通常会称呼他们为年老的星系。星系的年龄和恒星形成的状态可以从颜色区分。星系有的偏蓝色,有的偏红色。蓝色的是年轻的正在成长的星系(如图1),红色的是年老的死亡的星系(如图2)。星系的颜色主要依赖于它包含什么样子的恒星。大质量恒星更明亮并且偏蓝,包含大质量恒星的星系偏蓝色。小质量恒星暗弱偏红,如果星系中没有大质量恒星,纯粹由小质量恒星发光,星系就偏红色。

  恒星的寿命十分依赖于质量,大质量的恒星在几百万年内会爆炸而结束生命,小质量的恒星,例如太阳,则能存活几百亿年。当一个年轻的星系中不断形成恒星时,它既包含大质量恒星,也包含各个年龄段的小质量恒星。所以这些星系的颜色也偏蓝色。而当一个星系停止形成恒星的几百万年后,以前形成的大质量恒星早已死亡,留下的只是不断变老的小质量恒星。所以这些星系偏红色。

如何杀死一个星系

  图2,M87星系,室女座星系团中心的超大椭圆星系。来自Hubble官网

  星系为什么不能持续不断的长大,而是会熄灭和死亡呢?

  星系在长大的过程中并不是随心所欲的获得气体和形成恒星,而是一直在受气体吸积率、冷却速率,恒星形成率和恒星反馈速率制约。前两个速率控制了星系有多少燃料,后两者则限制了星系不能一口吃成胖子。首先星系所处的引力势阱应当有足够的深度才能吸引气体,其次这些气体需要冷却才能变成形成恒星的燃料—致密气体。当星系终于有足够的冷气体,以恒星形成率的速度形成恒星后,大质量恒星会飞速的演化至超新星。超新星爆发产生的能量可以加热周围的气体,降低气体冷却速率,甚至对于引力不够强的星系,还能把气体吹到星系之外。气体减少后,恒星形成过程会被抑制。恒星形成的速度越快,超新星爆炸的能量就越强,对恒星形成的抑制效果也越强。星系的成长是在这样一种微妙的平衡中进行的。

  星系如何变老是星系理论研究中的一个争议不断却一直保有热度的论题。观测上发现,星系的死亡率和它的质量,形状和环境有紧密的相关性。质量越大,星系的死亡率越高,质量为100亿太阳质量的星系80%已经死亡,质量小一点的星系,类似银河系,大部分还在形成恒星。椭圆星系多数已经死亡,而盘星系还是年轻的星系。周围环境的密度越高,星系越容易死亡。更有趣的是,星系中心1kpc内密度越高,星系死亡率越高。为了解释星系的死亡率,天文学家可是想方设法的干了不少“谋杀”的事儿。

  星系类型不同,死亡的方式也不同。中心星系和卫星星系有不同的死亡方式。中心星系处于引力势阱的中心,有源源不断的气体流向它,因此中心星系是在一种“不愁吃穿”的状态中生长的。

  除了自身的恒星形成,星系还会吞吃周围的星系,造成大量气体内流引发星爆,一次性消耗掉所有的气体。这次大吃大喝之后,周围就没有冷气体可以继续恒星形成了。这类星系的死亡大概类似于被“噎死”。即使不被“噎死”,当星系长大的时候,它周围的气体越来越热,中心的黑洞也越长越大,这些都增加了后续气体冷却的难度。于是一些吃的特别多,长的特别大的星系会更容易死亡。

  几乎每个大质量星系中都有一个超大质量黑洞。星系质量增长的过程中,黑洞也在偷偷长大。黑洞在吸积气体的时候会释放出巨大的能量加热周围的气体,抑制气体冷却,从而切断对恒星形成过程的燃料供应,阻止下一次的恒星形成。星系在生长的时候,它内心的巨兽也在不断生长,好想对中心星系大喊一句:不要吃太胖,会被杀掉的!

如何杀死一个星系

  图3,对星系来说,体重太高是有风险的

  相比于养尊处优的中心星系,卫星星系是个忍饥挨饿的可怜家伙。卫星星系围绕着中心星系运动,并不处于引力场的中心,因此不能吸引足够的气体。不能吃到气体的卫星星系只能消耗剩下的气体而慢慢的饿死。更过分的是,卫星星系自身的气体还有可能被抢走。

  引力是与距离平方成反比的,卫星星系位于一个引力场中,朝向引力势阱中心的部位受到的引力更大,另一面收到的引力更小,就仿佛一双大手在向两边撕扯这个星系。如果这个力强于卫星星系对于自身气体的引力,气体会被撕扯脱离卫星星系。

  卫星星系的悲惨遭遇不止于此,在它绕中心星系运动的时候,它会感受到周围弥散气体的压强,就仿佛在大风中奔跑时头发被风吹起一样。如果这个压强比星系引力的强度更大的话,也会抢走星系的气体 。观测上看到正在经历气体脱离的天体,由于长的太像水母,因此被称为水母星系。图4显示的是一个水母星系(jelly-fish galaxy),气体正在离开恒星盘 。

如何杀死一个星系

  图4,JW100星系,水母星系,红色代表电离氢,白色是恒星区域。来自ESO官网

  知道了这么多星系死亡的方式,布置一个作业吧。如果你是一个没有感情的星际杀手,被重金聘用去杀死一个星系,你要怎么做呢?

  作者:谢利智,系天津师范大学讲师,2015年国家天文台博士毕业,从事半解析星系演化模型的研究。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平抵达韩国

  • 习近平抵达韩国受到热烈欢迎

独家策划

推荐阅读
执行神舟二十一号载人飞行任务的航天员乘组由张陆、武飞、张洪章3名航天员组成。张陆担任指令长。
2025-10-30 13:03
记者10月29日从国家统计局获悉,根据国家统计局社科文司《中国创新指数研究》课题组测算,2024年中国创新指数为174.2(以2015年为100),比上年增长5.3%。
2025-10-30 10:15
绿氨作为绿氢核心载体与低碳原料,正成为钢铁、化工等高耗能行业实现深度脱碳的关键路径。
2025-10-30 10:12
记者10月29日从水利部获悉,由水利部制定的国家标准《幸福河湖评价导则第1部分:流域面积3000km2以下(含)河流》经国家标准化管理委员会批准正式发布,将于2026年5月1日起全面实施。
2025-10-30 10:06
截至2025年3月,全国已建成66处国家级智能化示范煤矿、200余处省级示范煤矿,拥有1806个智能化采掘工作面,智能开采产能占比超过50%,1.6万余个固定岗位实现无人值守。
2025-10-30 10:04
为全面反映我国在应对气候变化领域的政策行动和工作情况,29日,生态环境部发布《中国应对气候变化的政策与行动2025年度报告》并举行新闻发布会。
2025-10-30 10:00
亚太经合组织(APEC)第三十二次领导人非正式会议将于10月31日至11月1日在韩国庆州举行。
2025-10-29 10:12
近日,中国科学院金属研究所戎利建研究员团队利用自主研发的纯净化制备技术,成功实现了高纯净吨级哈氏合金C276的工业化生产。
2025-10-29 09:36
截至今年6月,我国生成式人工智能用户规模达5.15亿人,普及率为36.5%,仅上半年,用户规模就增长了2.66亿人。
2025-10-29 09:35
当掌勺者从有体温的师傅变成由代码驱动的机器,以人和环境为核心的传统监管模式也面临着新情况。
2025-10-29 09:35
今年年产量首次突破150万吨,创历史同期最高水平,这标志着我国页岩油开发从技术探索迈向规模化、稳定产出的新阶段。
2025-10-29 09:33
相信很多人都曾有过这样的体验:临睡时刻,总觉得口干舌燥,害怕会频繁起夜,但又忍不住想大口喝水。每当此时,一些人不免会担心,是不是身体出什么问题了?
2025-10-29 09:32
10月28日,《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》全文发布。
2025-10-29 09:31
资料图片  深秋,去往宁夏吴忠市盐池县马儿庄村的乡道上,簌簌黄叶生出几分萧瑟。张文攀摄/光明图片  如今,马儿庄村有滩羊养殖专业合作社8家,全村滩羊年饲养量5万只,远高于封山禁牧前。
2025-10-28 08:57
培养什么人、怎样培养人、为谁培养人,是教育的根本问题,也是摆在新时代医学教育面前的重要课题。“卓越”与“有温度”相辅相成,互相支撑,共同构筑新时代医学人才的素养基石。
2025-10-28 08:55
肿瘤细胞会通过细胞内部、细胞间、不同组织乃至器官间多个层面的复杂机制,躲避人体免疫系统的攻击,这一过程被称为“免疫逃逸”。研究团队表示,使用国内外均已上市的偏头痛治疗药物CGRP抑制剂,可阻断感觉神经介导的“肿瘤-TDLN通信”,显著增强免疫治疗疗效并抑制癌痛,从而实现抑瘤与镇痛的双重作用。
2025-10-28 08:52
我国下一代光伏技术取得新进展,南京大学谭海仁团队和国防科技创新研究院常超团队联合运用太赫兹技术,对全钙钛矿叠层光伏电池内部载流子输运行为实现精准、无损探测。
2025-10-28 08:48
科技赋能是本次火炬传递的一大亮点,在传递过程中,智能机器人、无人驾驶汽车、低空飞行器等将进行火炬传递或串联路段,凸显粤港澳大湾区作为国际科技创新中心的产业优势,以创新性和未来感的尝试展示科技与体育的深度融合。
2025-10-28 08:46
酒泉卫星发射中心发射场区27日完成全系统发射演练,各系统完全满足发射要求,神舟二十一号具备发射条件。
2025-10-28 08:44
研究证实,熊蜂能够通过观察同伴的积极状态改变自身的行为决策,呈现出类似“情绪传染”的现象。
2025-10-27 10:35
加载更多