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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平同美国总统特朗普小范围交流

独家策划

推荐阅读
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
在中国科学院院士、中国工程院院士李德仁看来,不仅要星与星互联,还要把通信、导航、遥感、算力四种异构卫星“联”成一体。
2026-09-24 09:28
9月23日,当太阳行至黄经180度时,我们迎来二十四节气中的第十六个节气——秋分。
2026-09-23 09:19
实施藏粮于地、藏粮于技战略并非抽象概念,它实实在在体现在产量、装备和技术水平的变化里。
2026-09-23 09:14
一只烂苹果长出小蘑菇,竟一路“走”向太空育种;一辆由大学生制造组装的方程式赛车,让围观者眼里放光;一台智能交作业提醒机,出自中小学生之手……这些都是发生在2026年全国科普月活动上的真实片段。
2026-09-23 08:56
油炸薯条、烘焙咖啡等食品,日常生活中很常见,但高温加工过程会产生丙烯酰胺,这是一种需要加以控制的污染物。
2026-09-23 08:55
在自然灾害面前,我们需要确保两个“安全”——生命安全和财产安全。如何最大限度减少人员伤亡和财产损失,一直是我国防灾减灾救灾工作的重点。
2026-09-23 08:53
一个优良豆类品种的诞生,至少需1代杂交、6代自交,用传统育种方式得花10年左右。10年后的“新品种”,还能满足市场需求吗?尽可能缩短育种时间,才能减少不确定性。
2026-09-22 09:18
目前,“拉索”已联合“天关”“中国天眼”“银河画卷”等不同波段天文设施形成新的队伍,对重要科学问题进行攻关。
2026-09-22 09:09
记者从中国地质大学(北京)邢立达课题组获悉,中外科学家团队在安徽下三叠统南陵湖组地层中发现巨型鲎类遗迹化石。
2026-09-22 09:01
西北大学地质学系研究员韩健等联合国内外研究学者,在距今5.18亿年的云南澄江生物群中发现了步带动物新物种——胶膜玉净虫。
2026-09-22 09:00
在甘肃科技馆的科学市集“创想驿站”,兰州市第二十二中的段延浩站在自己制作的模型前,沿着风机、太阳能板、储电仓一路介绍。
2026-09-22 08:59
“面向智能社会的科学素质:机遇、挑战与变革”
2026-09-22 08:07
2026科普中国智库论坛暨第三十二届全国科普理论研讨会
2026-09-21 17:29
棘皮动物辐射对称,具钙化骨骼和管足;半索动物两侧对称,身体柔软并保留鳃裂。由此推论,步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物,实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。
2026-09-21 09:23
弘扬科学家精神,既要有庄重的纪念,也需要在生活中讲好具体的、鲜活的人和故事。
2026-09-21 09:18
20日,在由中国科普研究所主办的2026科普中国智库论坛暨第三十二届科普理论研讨会上,数项新成果——《国家科普能力发展报告(2024—2025)》、《中国公民科学素质报告(2025—2026)》、《科普服务高质量发展智库报告》、《鼎新致远:科普服务高质量发展的实践探索》、“科普人才培养丛书”及《中国科幻发展年鉴2026》发布。
2026-09-21 09:16
加载更多