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

  • 山东淄博:繁花绽放激活春日“赏花经济”

  • 浙江安吉:万亩茶园 采摘正酣

独家策划

推荐阅读
人工智能时代,我们如何更好就业创业?如何推动人工智能与就业创业深度融合?第四期光明智库民生论坛,我们邀请专家共同探讨人工智能时代的就业创业这一新课题。
2026-04-09 10:28
2026年的智能驾驶行业,正经历一场意味深长的路线分化。
2026-04-09 10:24
在贵州,无人机的身影成为山地农业的新风景,展现出通用航空业赋能山地农业高质量发展的广阔前景。
2026-04-09 10:12
碳排放看不见、摸不着,却关乎每一场国际气候谈判、每一笔碳关税账单。
2026-04-09 10:09
人工智能在延伸人类能力的同时,也深刻改变着就业创业形态和劳动力市场结构。我们既拥抱着技术进步带来的无限可能,也要理性审视挑战、主动适应变革。
2026-04-09 10:08
构建“科研—科普—科创”融合闭环,让科普全程嵌入新质生产力培育链条,方能破解成果转化低效、创新协同不足等突出问题。
2026-04-09 10:02
从实验室到田间地头,辽宁省农科院为科研院所、高校、种业企业等单位提供种质资源共享服务,打通种质资源转化的“最后一公里”,让良种真正走进千家万户。
2026-04-09 09:50
北京大学先进制造与机器人学院刘珂课题组与杨林课题组合作,从折纸艺术中获得灵感,成功实现了无需外部输入的电子器件智能温度控制,相关指标刷新世界纪录。
2026-04-09 09:47
最近,中国海洋大学教授、青岛海洋生物医药研究院首席科学家于广利远赴智利,只为一株南极褐藻。2014年,青岛海洋生物医药研究院正式运行,BG136成为其孵化的第一个海洋新药项目。
2026-04-08 09:51
4月7日,贵州省贵阳市,北京积水潭医院贵州医院医生在指导患者进行脑机接口康复训练。信息多跑路、群众少跑腿的背后,是西青区紧密型医共体数据互通共享,让信息实时对接、问题协同处置。
2026-04-08 09:49
绿色获得感,源自对优美生态最直观的感受,是看得见、摸得着的民生福祉。绿色获得感,源自生态与产业共促,让绿水青山成为富民兴业的金山银山。绿色获得感,源自城乡融合发展,让良好生态空间全民共享。
2026-04-08 09:44
2月5日,自然资源部组织的中国第42次南极考察队在东南极麒麟冰下湖区域,成功完成我国首次南极冰层热水钻探试验,突破国际极地热水钻探2540米的最深纪录,标志着我国具备在90%以上的南极冰盖和全部北极冰盖开展钻探研究的能力。
2026-04-08 09:43
当前,我国已进入中度老龄化阶段,失能、失智、高龄老年人逐年增多,养老服务需求呈现专业化、多样化、个性化特征。
2026-04-08 09:41
黄色的花在春天更早绽放,是植物经历数亿年的自然进化形成的一系列生存策略。
2026-04-07 10:29
国家卫生健康委与国家中医药局近日联合印发《基层医疗卫生机构医疗质量改善三年行动方案(2026—2028年)》,部署实施基层医疗质量改善三年行动。此举旨在进一步发挥基层医疗卫生机构提供基本医疗服务作用,提高基本医疗服务规范性和同质化水平,保障基层医疗卫生机构医疗质量和医疗安全,助力实现分级诊疗“基层首诊”。
2026-04-07 10:28
今年《政府工作报告》提出,完善人才培养与经济社会发展需要适配机制。人才培养是一项复杂的系统工程,其关键是学科专业设置和调整,重点是人才培养模式改革和课程体系完善。
2026-04-07 10:23
近年来,网络信息服务业态不断革新,人工智能技术快速迭代,数字虚拟人应用场景持续拓展。多位专家表示,征求意见稿秉持“以人为本、智能向善”的理念,为全球数字虚拟人治理提供了兼具可行性与前瞻性的中国方案。
2026-04-07 10:23
不少人遇到过煮熟后弹性异常的“橡胶蛋”,便认为是人造假鸡蛋,这一说法也被李满雨否定。对比普通鸡蛋,李满雨指出,功能性鸡蛋仅在特定营养成分上有明显优势,在蛋白质、脂肪、维生素A等日常必备营养素上,二者差距微乎其微。
2026-04-07 10:22
征求意见稿提出,任何组织和个人提供、使用数字虚拟人服务,不得以丑化、污损等形式侵害他人人格权,未经特定自然人同意,不得提供足以识别特定自然人身份的数字虚拟人服务。
2026-04-03 17:59
近日,《关于加快建立长期护理保险制度的意见》(以下简称《意见》)印发。《意见》明确,用3年左右时间,基本建立适应我国基本国情的长期护理保险制度。
2026-04-03 10:07
加载更多