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

  • 滇池畔的“约定”:四十载“春城”人鸥情

  • 安徽宿州:算力产业成经济增长“新引擎”

独家策划

推荐阅读
鸟类是生态系统的重要组成部分,是评估区域生态环境质量的关键指示物种,保护鸟类是推动人与自然和谐共生的关键环节。我国是世界上鸟类资源最为丰富的国家之一,
2025-11-03 05:05
人民城市人民建,人民城市为人民。2025年7月,中央城市工作会议指出,“要深刻把握我国城市发展所处历史方位”,“认真践行人民城市理念”,“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、
2025-11-03 05:05
“从南极到北极,从草原到荒漠,到处都有昆虫的踪迹……”第三十二届中国杨凌农业高新科技成果博览会期间,西北农林科技大学博览园昆虫博物馆内,参会观众被讲解员李姗姗的讲述深深吸引。
2025-11-03 05:05
近日,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌“石板滩生物群”研究中取得重要进展,发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统,
2025-11-03 05:05
秋水长天间,太湖正激荡起智能时代的万千涟漪。日前,以“万物智联,无尽前沿”为主题的2025世界物联网博览会在江苏无锡举办,一场关于万物智联的对话就此展开——人工智能如大脑般睿智思考,物联网似躯体般敏捷连接,当人工智能与物联网双向奔赴,万物就有了“感知”,人类正迎来一个全新智能时代。
2025-11-03 05:05
秋冬之际,正是候鸟迁徙之时。不知你有没有发现,从我们头顶飞过的候鸟,比以前更多了! 2024年全国水鸟同步监测结果显示,我国越冬水鸟总数达505.9万只,创最高纪录。
2025-11-03 05:05
HPV疫苗自2025年11月10日正式纳入国家免疫规划,2011年11月10日后出生的满13周岁女孩可以免费接种双价HPV疫苗。
2025-10-31 10:16
近日,飓风“梅利莎”横扫加勒比地区,成为近年来影响该地区最猛烈的飓风之一。
2025-10-31 10:14
10月30日下午,在中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所),得知同事张洪章即将到“太空”出差的好消息,科研人员纷纷送上祝福:“好好照顾自己,好好完成任务。
2025-10-31 10:02
据新一期《天体物理学快报》报道,LIGO-Virgo-KAGRA国际合作组织宣布,他们在去年10月和11月探测到两起极为特殊的、由黑洞并合产生的引力波事件,分别命名为GW241011和GW241110。
2025-10-31 09:59
记者从生态环境部获悉:今年前三季度,我国环境空气质量和地表水环境质量总体持续改善。从重点区域来看,京津冀及周边地区“2+36”城市PM2.5平均浓度为33.0微克/立方米,同比下降15.6%;平均优良天数比例为73.5%,同比上升8.5个百分点。
2025-10-31 09:57
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
加载更多