天文科普:星係會像黑洞一樣吞噬另一個星係,變得越來越大嗎?
來源:時空通訊
發布時間:2022-12-19
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本文基於(yu) 回答網友的類似問題。事實上,所有的大星係都是在長期的宇宙演化中由小變大的,但我的理解是,星係的成長完全與(yu) 黑洞吞噬天體(ti) 不一樣,是星係與(yu) 星係不斷碰撞融合形成的,不能叫吞噬。

先說說銀河係的現在

銀河係是我們(men) 太陽係的家園,太陽隻是銀河係中一顆普通的黃矮星,是銀河係裏1000~4000億(yi) 顆恒星中的一顆中小型恒星。銀河係是一個(ge) 有點像風車或者鐵餅的扁平狀漩渦星係,由於(yu) 核心有一個(ge) 巨大光柱,光柱的兩(liang) 頭挑出兩(liang) 個(ge) 巨大的主螺旋羽翼,又叫做棒旋星係。

過去的觀測認為(wei) ,銀河係的盤麵直徑約有10萬(wan) 光年;現在新的觀測發現認為(wei) ,銀河係盤麵直徑很可能有20萬(wan) 光年。這個(ge) 銀盤由恒星、塵埃和氣體(ti) 組成,核心厚度隻有約1萬(wan) 光年,越到邊緣越薄,平均厚度約為(wei) 2000光年。

過去估計銀河係質量約有2000億(yi) 個(ge) 太陽質量,現在包括暗物質估計約有3萬(wan) 億(yi) 個(ge) 太陽質量,其中暗物質約占83~85%,也就是恒星、星際塵埃等明物質約有4500億(yi) ~5100億(yi) 個(ge) 太陽質量。

銀河係在宇宙中並不算一個(ge) 很大的星係,目前發現宇宙中最大星係是距離我們(men) 約10億(yi) 光年的IC1101,這是一個(ge) 橢圓星係,直徑約有600萬(wan) 光年,可以容納數千個(ge) 銀河係,擁有恒星100萬(wan) 億(yi) 顆以上。

銀河係的直接領導是天體(ti) 的上層結構~本星係群,這個(ge) 星係群(團)約由50個(ge) 大大小小的星係組成。在這個(ge) 群裏,銀河係排名老二,僅(jin) 次於(yu) 老大仙女星係,其餘(yu) 的星係都小於(yu) 銀河係,大多數屬於(yu) 矮星係。這些矮星係受到老大老二的引力製約,分別圍繞著它們(men) 運動。銀河係周圍有兩(liang) 個(ge) 伴星係,即大麥哲倫(lun) 和小麥哲倫(lun) 星係,還有十幾個(ge) 衛星矮星係。

我們(men) 的家園太陽係坐落在銀河係一條叫獵戶座的支臂上,距離銀心約為(wei) 2.64萬(wan) 光年,太陽帶著八大行星等拉七雜八的小天體(ti) ,圍繞著銀心公轉,軌道速度約217公裏每秒,約2.25~2.5億(yi) 年轉一圈。

再說說銀河係的過去和未來

銀河係已經有136億(yi) 歲的年齡,也就是說宇宙誕生不久,銀河係就誕生了。像所有星係一樣,銀河係誕生時遠遠沒有現在這麽(me) 大。研究認為(wei) ,在過去120億(yi) 年的曆史長河中,銀河係至少經曆了12次與(yu) 不同星係的碰撞合並,才成為(wei) 今天樣子的。

天文學家們(men) 通過研究球狀星團,來了解銀河係到目前為(wei) 止發生了多少次大的碰撞。因為(wei) 球狀星團是宇宙早期遺留下來的活化石,根據恒星都是從(cong) 同一氣體(ti) 中同時誕生的規律,就可以利用其化學成分來確定起源,再通過重建球狀星團的軌道運動和當前形狀,就可以確定這些星團來自哪裏,其前身星係有多少顆恒星。

根據蓋亞(ya) 太空望遠鏡和史隆數字巡天得到的數據,科學家得出在大約100億(yi) 到80億(yi) 年前,一個(ge) 名為(wei) 蓋亞(ya) 香腸的矮星係與(yu) 銀河係碰撞,然後並入了銀河係,從(cong) 此為(wei) 銀河係增添了至少8個(ge) 球狀星團,約500億(yi) 倍太陽質量的恒星、氣體(ti) 、塵埃以及暗物質。

而根據數據模擬結果,真正改變銀河係的最大碰撞來自更久遠的Kraken星係。這次碰撞發生在110億(yi) 年前,當時的銀河係比現在小4倍,Kraken的並入讓銀河係增加了至少13個(ge) 球狀星團。

而現在銀河係中至少有150個(ge) 球狀星團,這就是銀河係曆史上曾經發生過多次碰撞合並事件活見證。

銀河係的合並至今沒有停止,當下,本星係群中最大的星係仙女星係正在朝著我們(men) 飛奔而來(或者也可以說我們(men) 向它飛奔而去),每秒速度約為(wei) 300公裏,科學家預計在未來30~40億(yi) 年左右,這兩(liang) 大星係就會(hui) 撞在一起,合並成一個(ge) 更大的橢圓星係。

當然,皮之不存毛將焉附?圍繞著這兩(liang) 大星係之間的衛星矮星係也將合並進來,也就是說整個(ge) 本星係群將合並成一個(ge) 大的橢圓星係。一般來說,橢圓星係是宇宙星係中的巨無霸。

人類若能有幸延續到那一天,或許可欣賞到自己家園巨大無比的壯觀景象。

宇宙中,星係合並每天都在繼續

人類對宇宙的觀測在近30年以來突飛猛進,這主要得益於(yu) 哈勃空間望遠鏡和韋伯空間望遠鏡等一些最先進的望遠鏡問世,人們(men) 的視野從(cong) 太陽係光年尺度內(nei) ,延伸到銀河係20萬(wan) 光年,再延伸到本星係群1000萬(wan) 光年、本超星係團1.1億(yi) 光年;

拉尼亞(ya) 凱亞(ya) 超星係團複合體(ti) 5.2億(yi) 光年、史隆長城結構13.7億(yi) 光年、海格力斯-科羅拉·伯裏阿斯長城超過100億(yi) 光年等等。

哈勃望遠鏡曾經拍了幾張驚世駭俗的照片,其中的哈勃極深場XDF最令人震撼。這張照片是在一塊隻有滿月視野不到百分之一的天區,通過長時間曝光,拍攝到了數千個(ge) 星係。而繼任者韋伯望遠鏡比它的前輩哈勃強大100倍,采用紅外視場得到的影像更清晰更深遠,在哈勃極深場同一個(ge) 天區,看到了更多更清晰的星係。

由此可以得出,在可觀測宇宙,保守估計也有上萬(wan) 億(yi) 個(ge) 星係,甚至很可能存在10萬(wan) 億(yi) 個(ge) 以上。由此,在廣袤宇宙大背景下,小小銀河係實在就是一個(ge) 小沙粒,而太陽則連塵埃都算不上,地球和地球上的人類就更不值一提。

在這些望遠鏡的視野裏,人們(men) 觀測到了絢麗(li) 多彩五花八門各種各樣的星係,但歸結起來大致有三類,即橢圓星係、旋渦星係、不規則星係,各種星係都是這幾大類星係的變種。

在這些星係中,發現有不少正在碰撞合並的星係,如哈勃發現位於(yu) 後發座的NGC4676星係,俗稱雙鼠星係,就像正在嬉戲的兩(liang) 隻老鼠;還有距離地球3億(yi) 光年仙女座方位的玫瑰星係、距離我們(men) 6000萬(wan) 光年位於(yu) 獅子座的NGC3447星係等等,都是處於(yu) 碰撞合並階段的星係。

剛剛服役不久的韋伯望遠鏡,就已經有了許多突破性發現,將哈勃望遠鏡看到134億(yi) 光年距離的星係,又往前推進了2億(yi) 光年,看到了136億(yi) 光年遠的星係,說明宇宙大爆炸發生後僅(jin) 兩(liang) 億(yi) 年星係就廣泛存在了,豐(feng) 富和修正了大爆炸理論原先的估計。

而且,韋伯望遠鏡也發現了不少正在碰撞合並中的星係,如距離我們(men) 5億(yi) 光年位於(yu) 飛燕座的ZW96星係;壯觀的HCG92希克森致密星係群,又被稱為(wei) 斯蒂芬五重奏; IC1623星係等等。這些在碰撞中正在形成的更大星係,說明了宇宙星係碰撞是普遍的,幾乎所有大星係都是在碰撞合並中誕生的。

這些碰撞的狀態,實際上給我們(men) 預演了30億(yi) 年後銀河係和仙女星係的碰撞場麵。由此可見,星係碰撞不是一個(ge) 星係吞噬一個(ge) 星係的過程,而是一個(ge) 碰撞合並的過程,是強弱聯合或者強強聯合的過程,是一個(ge) 雙贏格局。




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