神秘星系气体如何剥离

文章作者:lili | 2017-01-24
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在茫茫宇宙中,几乎每天都有各种各样奇奇怪怪的事情发生,星系间的互相吞噬,黑洞恒星及其它天体的吞噬,星球间的碰撞等等。人类对它们的观测往往非常有限,首先取决于人类科学技术发展的水平,也是近些年才有较大发展。其次这些过程也是一个相对漫长的过程,人类不能看一开始就观测到。还有就是距离和观测水平的因素。所有这些使得我们对宇宙事件的观测变成了拼图,推理的悬疑故事。比如这篇文章,我们给大家讲述的是一个星系气体的悬疑故事:宇宙中的星系正在被谋杀,而科学家们想要知道凶手是谁?

根据哈勃空间望远镜拍摄图像绘制的旋涡星系NGC 4921艺术示意图根据哈勃空间望远镜拍摄图像绘制的旋涡星系NGC 4921艺术示意图

艺术示意图:研究显示,一种被称作“撞击压力剥离”的现象发生的几率要比原先设想的更高,这种现象会将星系内部的大量气体驱离出去,从而导致星系由于无法再继续产生新的恒星而过早迎来衰亡  艺术示意图:研究显示,一种被称作“撞击压力剥离”的现象发生的几率要比原先设想的更高,这种现象会将星系内部的大量气体驱离出去,从而导致星系由于无法再继续产生新的恒星而过早迎来衰亡

  近日,国际射电天文学研究中心(ICRAR)的科学家们发表的一篇论文试图为这个问题找到答案。这项研究显示,一种被称作“撞击压力剥离”的现象发生的几率要比原先设想的更高,这种现象会将星系内部的大量气体驱离出去,从而导致星系由于无法再继续产生新的恒星而过早迎来衰亡。这项研究对多达1.1万个星系进行了考察,结果发现其中的气体和尘埃物质——新生恒星形成的“源泉”正在被大规模地驱离星系内部。

  这项研究的第一作者,ICRAR和斯威本科技大学的博士研究生托比·布朗(Toby Brown)表示,天文学家们普遍认为星系存在于暗物质云,也就是所谓“暗物质晕”之中。暗物质是一种占据了宇宙组成成分27%左右的神秘物质,相比之下,我们所熟悉的普通物质只占到大约5%不到,剩下的大约68%左右则是暗能量。

  布朗表示:“在其生命周期内,星系能够占据不同大小的暗物质晕,后者的质量小到与我们银河系相当,大的质量则可以达到银河系的上千倍。”他说:“当星系穿越这些较大型的暗物质晕时,星系际空间的超高温等离子体就可能通过一种名为‘撞击压力剥离’的机制将星系内的气体大量驱离出来。你可以将其想象为一把宇宙的扫帚,将星系内部的气体都清扫了出来。”

  布朗表示,在损失大量气体物质之后,星系将再也难以产生新的恒星。他说:“这将决定星系的生死,因为星系内部现有的恒星将会逐渐老去,死去。如果你撤掉了形成恒星的原材料,那么你就阻止了其内部恒星的新老更替的有序进行,星系将满是老年恒星并最终死去。”

  ICRAR机构的研究人员芭芭拉·卡提尼拉(Barbara Catinella)是这项研究的合作者,她指出天文学家们此前就已经知道存在于星系群内星系成员所经历的“撞击压力剥离”,星系群被认为存在于宇宙中最大型的暗物质晕之中。布朗表示:“这篇文章显示同样的过程在小得多的星系群结构中也同样存在,就那种只有几个星系的集团,少得多的暗物质,同样可以出现这样的现象。要知道,宇宙中绝大多数的星系都存在于较小型的集团中,这样的集团一般少则只有两个成员星系,多则上百个星系。”他说:“我们已经发现这种机制可能是星系损失大量气体物质并最终导致恒星新生过程终止的主要原因之一。”该项研究成果已经以论文形式在《英国皇家天文学会月报》上刊载。

  在这项研究中,研究组科学家们使用了一种创新的技术,那就是将迄今最大型的光学巡天——斯隆数字化巡天的数据库与规模最大的星系内气体射电巡天观测——阿雷西博ALFA巡天观测的数据库相结合。

  布朗指出,导致星系气体耗尽的另外一种机制被称作“遏制作用”(strangulation)。他说:“星系遏制作用是指一个星系产生新恒星的速度过快,超出了其内部气体物质得到补充的速率,于是星系内的气体物质会迅速耗尽,星系迎来死亡。总的来说,这是一个慢速过程。与之相反,‘撞击压力剥离’则是在迎面撞击的过程中造成星系内气体物质的快速剥离——所需时间可能只要数千万年——没错,从天文学角度看,这的确非常迅速。”

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