我们的银河系早在一百多亿年前就形成了,是宇宙中一个非常古老的星系。直到今天,它仍在继续形成新的恒星。
宇宙中的大部分星系都是这样的。随着老恒星的死亡,新的恒星形成,就像一代又一代。然而,恒星的形成并不总是那么快,星系迟早会暂停甚至完全停止它们的生长过程。届时,整个星系也将进入倒计时,逐渐归于沉寂,科学家称之为星系灭绝。
科学家多年来一直在研究星系熄火的方式和过程。但直到今天,仍有许多问题科学家难以解释。我们只知道,大约在100亿年前,我们的宇宙正处于如火如荼的状态,星系中恒星的形成速度达到了顶峰,因此科学家们将这一时期称为宇宙正午。至于SFR何时可以归零,以及在此过程中会发生什么,仍然是个谜。
澳大利亚ARC3D全天体物理学卓越中心AnshuGupta博士向我们介绍:大约100亿年前,大质量星系的恒星形成率达到了顶峰。接下来,在星系中心超大质量黑洞等因素的作用下,星系中的气体迅速升温,恒星形成的速度开始下降。
在宇宙正午时期,星系逐渐形成了我们今天看到的一些典型特征,比如明显的螺旋状和凸起的星系结构的中心。也是在同一时期,一些其他种类的星系开始出现在宇宙中,它们实际上开始走出去。
科学家指出,宇宙中午确实是星系极其活跃的时期。不仅恒星的形成率很高,而且星系中心的超大质量黑洞也异常活跃。它们不断地吞噬着,膨胀着,越来越大,从而吸收了更多的气体。气体聚集在黑洞周围并迅速升温。这对于想要诞生的新恒星来说可不是什么好消息,因为它们的坍缩需要冷气体,而这种热气体会阻止新恒星的形成。
当然,超大质量黑洞的体积虽然确实惊人,但与整个星系相比还是有些力不从心.如果超大质量黑洞所在的星系体积非常大,物质密度相对较低,恒星之间的距离也相对较大,那么黑洞的影响区域只会占据星系的一小部分。因此,这样的星系不太可能被超大质量黑洞消灭。
古普塔指出:“我们发现,在延伸出很远很远的星系中,物质并没有被加热到这么高的温度,黑洞的影响也没有那么惊人,所以恒星可以持续很长时间很久了。诞生了。”
正是出于对星系灭绝过程的好奇,古普塔带领他的团队进行了这方面的研究,并在《天体物理学杂志》上发表了他们的最新研究成果。在研究期间,他们使用名为IllustrisTNG的模型进行了模拟,以发现星系灭绝过程与星际空间大小之间的关系。
在这项研究中,Gupta等人。专注于银河盘。银盘是星系中位于银心之外的平坦区域,一般呈圆盘状,含有大量恒星、星际气体和尘埃。研究表明,如果星系盘比较松散,恒星之间的距离比较大,那么星系受超大质量黑洞的影响相对较小,也不太可能被熄灭。
古普塔说:“在星系盘的某些区域,恒星分布很广,也就是比较蓬松的区域,那里的气体温度比较低,所以在引力的作用下,坍缩可以继续形成新的恒星。在星系盘相对致密的星系中,气体升温极快,能量太大,无法很快凝结,所以在宇宙正午期结束时,这里的恒星形成过程就终止了。而在那些膨胀的星系盘中,这个过程可以持续到宇宙‘下午茶’时期。”
如上图所示,左边是一个普通的大质量星系,右边是TNG模拟中比较蓬松的星系。z代表红移值,也就是星系后退的速度,可以代表星系离我们的距离,也就是星系的年龄。结果表明,普通大质量星系的中位恒星尺寸在z~2.5处变化,而膨胀星系的恒星尺寸在z~2和4之间增加。
模拟显示,在z处只有36%的观测膨胀星系=1部分熄灭。相比之下,69%的正常星系都熄灭了。在z介于2和4之间的正常大质量星系中,恒星的大小不会显着增加。在相同距离的膨胀星系中,其内部恒星的质量在此期间几乎翻了一番。
这项研究之所以能取得这样的成绩,也是因为有了IllustrisTNG模型。该模拟由德国和美国科学家联合开发,可以从时空模拟宇宙,分析一系列天体物理过程。
正是利用这个模型,研究人员确定了星系盘的大小与恒星形成率之间的关系。而在未来,我们可以对任何一个星系进行这样的观测和模拟分析,来判断它什么时候熄灭。
以我们的银河系为例,它是一个相对膨胀的星系,也是在宇宙正午期之后成熟的。即便如此,它在当时也不是很大,只有今天质量的1/10左右。随后,周围的大量星系与银河系相撞,两方融合在一起,使我们的银河系成为星系中的巨无霸。时至今日,银河系中仍在形成大量恒星。
让我们谈谈整个宇宙。宇宙不仅过了中午、下午,甚至到了晚上。至于宇宙之夜,还有很长的路要走。但可以肯定的是,宇宙发展的步伐已经放缓,这个“黑夜”正在向我们走来。
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