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

  • 启程,回家!

  • 秦巴山村“蝶变” 绘就振兴画卷

独家策划

推荐阅读
在人工智能(AI)和大数据时代背景下,高性能计算的战略地位已可与高能望远镜、同步辐射光源和粒子加速器等重大科研基础设施相提并论
2026-02-03 14:09
2月1日,农业农村部发布的《农产品质量安全承诺达标合格证管理办法》(以下简称《办法》)正式施行,我国农产品全面启用新版“身份证”——农产品质量安全承诺达标合格证。
2026-02-03 09:48
近日,记者从中国科学院空天信息创新研究院(以下简称空天院)获悉,该院成功开展超百G星地激光通信业务化应用实验,通信速率达到120吉比特每秒(Gbps)。”
2026-02-03 09:40
就像为一段混乱的进程找到慢放键,中国科学家在量子世界实现了一项关键控制。在量子世界中,系统在外部驱动下通常会逐步丢失初始信息,最终达到混乱的热平衡状态,该过程被称为“热化”。
2026-02-03 09:37
科技部日前发布的2024年度全国科普统计数据表明:我国科普人员队伍规模持续壮大,2024年全国科普专、兼职人员数量达221.27万,比2023年增长2.62%,其中,科普专职人员29.70万人,科普兼职人员191.57万人。
2026-02-03 09:36
2月2日是第30个“世界湿地日”。我国持续开展湿地保护修复,累计实施3800多个项目,新增和修复湿地面积100余万公顷;实施红树林保护修复和互花米草防治专项行动,累计营造红树林9200公顷,除治互花米草9.73万公顷。
2026-02-03 09:21
X光片显示的一名33岁患者的新肺(左)和旧肺。在这项研究中,Bharat表示,他的团队设计的这套人工肺系统,能够保持血液平稳且持续地流向心脏,从而降低了因血栓引发心脏病的风险。
2026-02-02 09:52
孙纯告诉《中国科学报》,时间规划的“艺术”在于,如何平衡优先和重大项目、自由观测申请项目以及可能突然出现的机遇型项目,让所有科研用户都能满意。再过十余天,孙纯的家人就会到基地与她团聚,而雷政今年终于可以回到遵义老家,与亲友相聚。
2026-02-02 09:51
通过研究月壤,我们可以进行优化模拟,从而更好服务后续探月任务。
2026-02-02 09:50
作者:王黎萤(浙江工业大学中国中小企业研究院副院长)万劲波(中国科学院科技战略咨询研究院研究员)  标准是重要基础性制度,对构建现代化产业体系、建设全国统一大市场等具有重要作用。
2026-02-02 09:37
1日,“砼真砼知”混凝土材料科学大模型在江苏南京首发。中国工程院院士、东南大学首席教授刘加平介绍:“该模型推动混凝土材料研发迈入数据驱动的‘第四范式’,为工程材料领域破解数据、算法、模型关键难题提供了标杆方案,将加速建材产业低碳转型与高质量发展。
2026-02-02 09:36
在分子世界中,有一种化学键如同生命的“缝合线”——它将氨基酸串成蛋白质,把药物分子编织成救命良方,这就是酰胺键。利用这项变革性的生物催化方法,已成功实现了多款明星药物分子的高效、绿色生物生产。
2026-02-02 09:35
为揭示东亚古人类的技术智慧与演化脉络提供了关键证据。
2026-01-30 09:37
中国气象局29日发布《2025年中国风能太阳能资源年景公报》。公报显示:2025年,全国风能资源为正常年景,全国太阳能资源总体为偏小年景。
2026-01-30 03:30
想象一下手电筒的光:柔和而四散,照亮着前方。激光,就像一束训练有素的光——所有光粒子步调一致,朝着同一个方向前进,能量高度集中。这种特性让激光能完成普通光做不到的“精细活”,从超市扫码器到医院手术刀,从光纤通信到舞台灯光秀,背后都有它的身影。
2026-01-30 03:30
激光技术被誉为20世纪“四大科技发明”之一。聚焦真空紫外非线性光学晶体材料领域基础研究和关键核心技术,中国科学院新疆理化技术研究所(以下简称“新疆理化所”)潘世烈团队成功研制出氟化硼酸铵(ABF)晶体,首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出,创造了该领域世界最短输出波长纪录。相关成果于29日在国际学术期刊《自然》发表。
2026-01-30 03:30
开慧镇党委书记杨骏介绍,依托科技小院,全镇形成科技养殖示范点5处、示范户24户,带动村民增收1800余万元,并发展起梅花鹿、鹌鹑等特色养殖产业。在博乐市区西南方向四五公里处的荒漠化草原上,科技小院还开辟了200多亩的试验场,将这里作为科研攻关的第一线。
2026-01-30 09:17
科研人员将种子放入冷库储存。例如,千年种子库与中国西南野生生物种质资源库就通过人员交流、技术培训、资源备份、联合研究等,共同推进生物多样性保护。
2026-01-30 09:16
寒冬时节,云南省元江哈尼族彝族傣族自治县龙潭社区番荔枝种植基地里却热火朝天,一颗颗“冬日限定”的番荔枝被采摘、装箱,销往全国各地。
2026-01-30 09:14
“相对拥有百年历史的《科学》,《工程》才走过第一个十年。未来十年,我们要争取与世界顶级刊群比肩。”周济表示,这条路需要时间,以及学术评价观念、出版生态与国际化运营能力的协同推进。
2026-01-29 02:45
加载更多