银晕、星系、黑洞 我们对我们的星系知道多少?

来一场穿越时空的宇宙旅行吧!

仅仅数年能带来多大的改变啊。巴斯光年放弃了他“超越无限”的想法,开始专注于他自家的后院。(实际上,他主人安迪的前院正是玩具被偷之处。)

在同一段时间,天文学家们也在经历着相似的思想转变。

在为了寻找黑洞的答案而将视线远远投向黑暗深空之后,宇宙的大思想者回来了,即使不是回归地球,至少也回归了宇宙的后院。他们证实了在26000光年外,我们的家园银河系中央,有一个巨大的超级引力怪物。(1光年等于5.88兆英里,或等于9.46兆千米)

这项发现让研究者们艰难地探求着距离我们最近的黑洞。这也引申出了一个简单的问题:我们对于自己的星系,到底知道些什么?

银晕、星系、黑洞 我们对我们的星系知道多少?

虚拟旅行:第一站,银晕

当一个穿越星系际的旅行者从侧面接近银河系时,她首先遇到的应该是一个广袤但鲜有星族分布的银晕,只有几颗恒星和近170个星团,外加各种各样的气体云,这一切都不与星系其他部分同步旋转。

这个银晕另一个不太明显的地方在于,其中含有让人难以置信的暗物质量,这些物质人观测不到,但构成了银河系的大部分质量。

我们无畏的探索者将会发现,在银晕中的恒星大部分生成于古代——120亿年前甚至更老。它们虽然受到引力的束缚,但并不会以任何一种有条理的方式围绕银心旋转,在这样的情况下,银晕中的恒星以杂乱无章的方式运动着。

这些古老的恒星与星团,以及流动气体云,都在诉说着许多故事。例如,它们也许展现了星系自身的年龄。

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图源:Bing

同时,它们也是星系吞噬的证据。研究者们相信,银河系花费无数世代自我塑造的这一过程中,在一定程度上也依靠吞噬比自己小的星系来进行塑造。星流和气体云正是这场星系间盛宴的残骸。

最近的证据也表明,一些矮星系正在被扯入银河系。圆形的银晕构建了星系最外端的边缘,可以说是新到星系的爱丽丝岛。(译者按:爱丽丝岛位于美国上纽约湾,被称为移民者进入美国的大门。)

“直接与间接的证据都毫无疑问地表明,进入银晕的卫星与碎片的堆积是一个持续性的过程,在银晕早期形成过程中就已经出现。”罗兰·布瑟(Roland Buser)在他的一篇《科学》期刊文章中写道。

进程持续发展

盛宴还在持续。大小麦哲伦云的前方与后方伸出气体流,这表明当它们穿过我们的星系时,正在被扯得扭曲变形。

预计在100亿年后,这两个星系将被裹挟进银河系。

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另一个相邻的星系,人马矮星系,同样绕行银河系,被银河系的引力拉伸成了一个狭长而奇怪的形状。小小的人马矮星系,大小是我们星系的千分之一,距离其被银河系完全吞噬只有7.5亿年。

在下周的美国天文学会(American Astronomical Society)的会议上,科学家将会展示进一步的证据:作为可能是早期宇宙的残存物的小型星系,正在连续不断地与银河系融合,为新星的诞生提供燃料。

下一站:螺旋盘(spiral disk)

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接下来,我们的旅行者将要遇到厚盘(thick disk):一个有众多星族分布、由气体与恒星构成的较平的盘。就像一个飓风的外部区域,这个由物质组成的煎饼围绕星系中心缓缓旋转。

更进一步,参观者将会发现一个更平的恒星构成的圆盘,就像一个薄薄的煎饼坐落在一个厚一点的煎饼里。在这个薄盘(thin disk)里的恒星甚至要以更快的速度围绕星系中心旋转,因此这个内在的饼里要更加小而紧凑。如果我们的旅行者知道她所在的天球座标,她可能会在进入这个薄盘后很快遇到我们的太阳。

再进一步,还有另一个盘,被称为极端盘(extreme disk)。恒星和气体云甚至移动得要更快。这里的这些恒星要更年轻,年龄范围从10亿年到100亿年不等。

研究者们怀疑,星系诞生于一个简单的薄盘中,通过与更小的星系融合从而使自己都变得壮大,逐渐发展出坐落于现在银晕中的更加复杂的漩涡。这些区域没有一个是边缘完全清晰的,它们都是相互交错重合的。

接近中心,感受到更强大的引力,探险者会发现一个由恒星构成的“中央核球”(central bulge),这是充满未知谜团的我们星系的核心,它将数不胜数的恒星更紧密地束缚起来。

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终于,黑洞

几乎可以肯定的是,我们的银河中心是一个超大质量黑洞,而不管我们的旅行者有多么英勇无畏,都想要离它远点。研究者们已经对吞噬质量的怪物人马座A*(Sagittarius A*)研究了25年,但最近才通过观测确认了它的存在——不过依旧是通过间接的方式。

“在过去的两年,科学家使超大黑洞的证据更站得住脚:黑洞吞噬了大量的气体和尘埃,其质量相当于200万个太阳。”艾利克?斯托斯塔德( Erik Stokstad )在一篇《科学》期刊文章中写道。

斯托斯塔德提到,尽管它很巨大,但我们的黑洞相比其他黑洞来说还是比较小,其他黑洞可能是太阳质量的数十亿倍。

黑洞的证据包括对中央核球的测量。在小小的中央核球区域,其中的恒星以难以置信的速度绕轨旋转,是地球绕太阳旋转速度的50倍。专家介绍,受引力影响,恒星快速而紧凑地旋转的轨道是可以计算的,而能与这一极小区域大小相称的,只能是黑洞。

但研究者们尚未解开关于黑洞的一系列谜团:黑洞是怎么运作的,被吸入的物质和质量都去了哪里。由于被中央核球模糊了视野,我们想要看清银河系的中心有一定难度。另外,很少的证据表明,可以看到从其他黑洞处流出的高能辐射。

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黑洞是如何演变的

斯托斯塔德写道,在早前,一个巨大的气体云自己坍缩时,研究者就开始怀疑银河系存在黑洞了。它可能从很小开始发展,在数十亿年以气体云为食的过程中逐渐长大。

恒星会周期性地以一种戏剧性的方式被吸入并吞噬。一颗恒星将会被撕裂,其迸发出的短暂辐射闪光将比银河系全部亮度加起来都要闪耀。

我们真的能免于这个怪物的侵害吗?我们在很大程度上是安全的,斯托斯塔德写道。尽管黑洞极其巨大,但它的引力不足以将星系边缘的星星拉扯过去。

不过,我们对此知之甚少

仿佛科学家已经对星系有了足够的了解,但还需要考虑:恒星的运动告诉研究者们,他们对银河系95%的质量还是未知的。

被研究者成为暗物质的,大部分环绕在星系可见部分的广大区域中。它可能由无法被观测到的矮星构成,一些研究者推测,最初它可能以小的、基础的、我们尚无法理解的粒子状态存在。

通过理解暗物质的构成方式、其所扮演的角色,以及理解中心黑洞是如何运作的,研究者们就可以解开星系谜团的最后几个谜题了。

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钱德拉X射线天文台Chandra X-ray Observatory)在去年发射的一个望远镜,就是三个新的空间探测望远镜之一,将探查银河对于这一切的线索。最终,尘埃

尽管我们的家园星系通过逐个吞噬较小星系成长到当前的样子,但看起来我们也要经历被吞噬的感觉了。

罗伯特·伊里昂(Robert Irion)在《科学》期刊的一篇文章中解释道,现在,仙女星系(Andromeda galaxy)和银河系正在以超过310000英里(500000千米)每小时的速度冲向对方。

当二者之间250万光年的间隙合上时,它们的速度会变得更快。

伊里昂写道,“最初,星系的动量将让它们擦肩而过,但受到它们暗物质光环的引力吸引,它们注定走向相互重合的毁灭结局。”结局将很难看。仙女星系有两个银河系那么大,它将“使我们的星系扭曲到面目全非”。

伊里昂说,距离我们心爱的螺旋变成废墟一般的椭圆,还有10亿到30亿年。

同时,相撞的气体云将会形成新的太阳。而我们自己的太阳,同九个行星一起,可能被丢到近似虚无的地方,变得遥远而毫无生气,以致在地球上看不到满天繁星的夜空。

更糟的是,我们可能被扔到更内部的地方,如一个因周围恒星爆炸而全天白日的地方,那里的极强辐射可能使曾经宜居的世界变得不再适宜生存。

让以上两种情形对地球产生影响的前提是,我们的星球必须在星系融合发生时仍然存在。而这也是不确定的。

许多专家认为,到那时我们自己的太阳已经爆炸,早已将地球和地球上的生命全部化为尘埃。或者,正如其他理论推测,我们的太阳可能还有60亿年的寿命。

银晕、星系、黑洞 我们对我们的星系知道多少?

BY: Robert Roy Britt

FY: 法厄同

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