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“銀河系之死”發生在10億年以前

藍色星系通常是年輕的星系,紅色星系通常是年老的星系,這種對應關係是否永恆存立?星系基本上分為螺旋星系和橢圓星系,一方面而言,螺旋星系含有大質量、年輕、生命週期短的恆星,這些恆星在它們“激情燃燒的歲月”發出藍色光芒;另一方面而言,安靜祥和的橢圓星系含有低質量、年老、生命週期長的恆星,這些恆星發出暖洋洋的光輝。將星系劃分為兩種基本的型別,這種劃分可以追溯到天文學家在20世紀早期進行的星系勘測。

斯隆數字巡天(SDSS)拉開了現代星系的勘測序幕,天文學家在“星系普查”中記載了成千上萬條影象資訊,從中發現了新的星系型別,它們不符合人們熟知的兩種星系型別的定義,有必要對兩大星系型別的傳統劃分方式進行修正。相當數量的紅色、靜謐、不活躍的星系根本沒有橢圓的形狀,它們只是保持大致的圓盤形狀,這些星系停止了鍛造新恆星的過程。藍色的橢圓星系“浮出水面”,它們的結構與紅色或死亡的橢圓星系相似,但發出了年輕恆星活力四射的藍色光芒,這類橢圓星系仍有製造恆星的能力。

紅色、昏暗的橢圓星系和藍色、明亮的橢圓星系如何和諧共處?這似乎是共生性的奇異現象,怎樣將兩種根本不同的橢圓星系納入星系演變的標準理論框架?天文學家的使命行動得到了公民科學家的協助和支援,在專業知識傳承的指向下,天文學家通常對藍色的橢圓星系產生了特別的興趣,他們試圖找到橢圓星系演變法則的線索。

斯隆數字巡天專案記錄了數百萬張星系圖片,哪些是藍色的橢圓星系,哪些是紅色的橢圓星系?天文學家時常感到力不從心,僅憑他們的雙眼難以判斷。天文學家想到了“放手發動群眾”的方法,讓業餘天文愛好者加入星系辨識的科學活動,天文愛好者在科學感召力下集合起來,神奇的網際網路使得大範圍的共同協作成為可能。

“銀河系之死”發生在10億年以前

星系動物園網站搭建了共同協作的網路平臺,專案組織者邀請了成千上萬的公民科學家,以業餘方式投身到天體物理學的研究,只要登入星系動物園網站即可報名,不需在某個指定的地點和時間“待命”和“集合”,網站設定了對星系影象進行分類的多個按鈕,開設了認知星系分類的簡要課程和操作技能。

25萬公眾人士參與了星系分類活動,在百萬以上的星系影象中,每一幅影象被分類了70多次,星系形狀的人工分類獲得了很高的可信度。如果70位公民科學家中的65位確認了星系的橢圓形狀,那麼天文學家將會認可他們的劃分,反之,如果確認了非橢圓星系,那麼天文學家也會認可他們的分類。天文學家從上百萬的星系影象中找到了很多不同尋常的藍色橢圓星系和紅色螺旋星系。

在星系演變的“十字路口”,有一個稱之為“綠色山谷”的說法,聽起來好像是某個風景名勝之地,這個詞語實際上是天文學概念的“中間地帶”,在“綠色山谷”的一端是藍色恆星形成的星系(藍色雲團),在“綠色山谷”的另一端是紅色、衰退的星系(紅序星),綠色或中間色彩的星系處於它們之間,在中間的“綠色山谷”星系中,新恆星的誕生能力消退了,還沒有完全消退,一些導致新恆星誕生的“開關”沒有斷開,“綠色山谷”的星系可能在數億年前開啟了關閉新恆星誕生“閥門”的模式。

“綠色山谷”或“綠色谷地”的概念源自於亞利桑那大學舉辦的一次星系演變的講座,當時有一位演講者正在講解星系的顏色——質量關係曲線,一位聽眾隨口而出地說到:“綠色山谷,那是星系走向死亡之地!”。亞利桑那州確有一個稱之為綠色山谷的地點,那裡是退休人員居住的社群,剛好與亞利桑那大學的所在地——圖森相鄰,亞利桑那大學的天文學家順便將“綠色山谷”一詞編入了天文學詞條庫。

天文學家開始尋找不同星系死亡速率的原因,他們發現螺旋星系是緩慢死亡的星系,橢圓星系是快速死亡的星系。天文學家相信, 星系存在兩種根本不同的演變途徑,星系的緩慢死亡和快速死亡只是兩種不同的結果,而兩種不同的演變途徑與氫氣體的數量有關,“供給側”的氫氣數量決定了星系中恆星誕生的潛力。

“銀河系之死”發生在10億年以前

在銀河系的情形中,如果新的氣體物質保持持續性的流入狀態,恆星的誕生能力不成問題,但似乎發生了新鮮的外部氣體“斷供”的某種事件,銀河系可能跌入了一個大尺度的星系團,未知星系團的熱氣體物質切斷了銀河系外部新鮮氣體的來源。銀河系內的暗物質暈環可能成長得非常迅速,跌落到其中的氣體被加熱到很高的溫度,它們在宇宙的年齡範圍還沒有冷卻下來。在兩種氣體“切斷”的情形中,螺旋星系內的現有氫氣體僅有儲存的部分。

螺旋星系儲存的氫氣體數量可能十分巨大,氫氣團轉化為恆星的過程十分緩慢。螺旋型的銀河系經歷了很長的演變過程,外表上看上去依然活著,還在鍛造新的恆星,但在數十億年的演變過程中,銀河系製造恆星的能力或實際的恆星誕生率下降了,銀河系好像一個空殼的“幽靈星系”,外表的光鮮掩蓋不了沒落的“星系王朝”,它已失去旺盛的生命力。一個星系顯示了現有氫氣體“庫存”耗盡的特徵,這意味著星系逐漸喪失了製造恆星的能力,處在終結前的下降期。距離銀河系最近的大尺度螺旋型的仙女座星系到達了“綠色山谷”,很可能在很久之前開始了下降期,仙女座星系實際上是一個殭屍星系。

天文學家最近才發現,仙女座星系是一個死亡星系,但仍然保持了運動姿態,仙女座星系還能製造一些恆星,但與正常時期誕生恆星的能力相比,它的孵化和哺育恆星的能力大為降低。經過觀測和計算,銀河系是否和仙女座星系一樣進入所謂的“綠色山谷”?對銀河系是否到了關閉“恆星工廠”演化階段的判斷是一項極大挑戰的課題。

人們不能以“跳出銀河系”的角度看銀河系,好像“不識廬山真面目,只緣身在此山中”,人們不能輕易地測量銀河系的整體特徵,而對遙遠星系的觀測則有所不同。天文學家掌握了部分資料,但不足以得出確定的結論,他們相信銀河系走到了邊緣地帶,“一隻腳”踏進了“綠色山谷”,銀河系沒有到窮途末日的時辰,但製造恆星的能力已下降到嚴重的程度,幾乎可以從整體上作出判斷,銀河系已是一個殭屍星系,它在十億前已經走向死亡。

“銀河系之死”發生在10億年以前

(編譯:2016-2-6)

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分類: 科學
時間: 2021-09-18

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