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星系是怎样形成的?

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星系是怎样形成的?


        

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  • 2005-11-22 16:52:07
      1990年代初叶,天文学家关于星系形成和演化的观念发生了引人注目的变化,这是由于研制了更完善的望远镜(包括哈勃空间望远镜),使人们能够通过研究更暗、红移更大、因而代表着宇宙年轻时期的星系,来回顾更加遥远的过去。在取得这一突破之前,人们普遍认为,我们今天看到的全部星系,实质上都形成于大爆炸刚过后的同一时期,而且它们都随着宇宙年龄增加而各自独立演化。
      新观念则把宇宙描绘成变化的动态画面,其中星系互相竞争‘生存空间’、彼此融合、或吞并其他星系。新旧观念之间最富戏剧性的差别是,椭圆星系过去一度认为是年老系统,现在则看成是在涉及盘状星系和其他星系之间相互作用的过程中形成的相对新近产品。 在天空照片上,盘状星系(有时也称旋涡星系)比椭圆星系多得多,但最大的椭圆星系远远大于任何旋涡星系。
      一个典型的盘状星系,如我们的银河系,可能含有1,000亿颗恒星,但最大椭圆星系拥有的恒星比这多100倍。不过也有许多矮椭圆星系,它们有些不会大过一个球状星团,包含恒星约100万颗。很多矮椭圆星系必定非常黯淡而无法看见,所以椭圆星系肯定大大超过我们已经看到的。
       天文学家过去认为椭圆星系年老,是因为它们的恒星主要是冷的红星,几乎不含尘埃和气体。既然冷红星是老年恒星,所以认为椭圆星系也是年老的。然而,盘状星系虽然含有很多热的年轻恒星,而且恒星形成过程仍在它们的气体尘埃云中继续,但确实也有不少老年(星族Ⅱ)恒星聚集在它们的中央核球和散布在围绕盘体的球状晕内。
      新的证据表明,椭圆星系中的红色老年恒星实际上来源于盘状星系。椭圆星系要么形成于两个旋涡星系之间发生导致盘体瓦解的相互碰撞;要么形成于一个原有椭圆星系吞食一个盘状星系的并合。这就是椭圆星系如此巨大的原因。 证据来自对正处在并合过程中的星系的观测和对这种并合事件的计算机模拟。
      两个盘状星系碰撞时,薄薄的盘体瓦解,两个星系融合成状如椭圆星系的单一‘星堆’。恒星本身并不相互碰撞,但两个系统相互作用的引力场把所有恒星拉进一个球形空间。碰撞星系中的气体尘埃云则发生真正的相互碰撞,产生激波,激波在新系统中传播并触发恒星形成高潮(见星暴星系)。
       当一个大椭圆星系吞并一个小盘状星系时,椭圆星系变大,看起来仍像单一的恒星系统。但计算机模拟表明,在扩大了的椭圆星系内部,来自盘状星系的很多恒星不再沿着互相类似的轨道运动。照片证明情形正是如此。椭圆星系并非无特征的恒星堆积,它们含有比较亮的交叉光条和光弧,那就是被吞食但未完全消化的盘状星系的残余。
       我们朝宇宙深处看得越远,我们在时间上就回顾得越早,这是因为光在空间传播的时间是有限的。在我们身处其中的这一宇宙部分,星系团含有很多椭圆星系而总体上呈微红色。在对应回顾时间约50亿年的距离处,星系团要蓝得多(表明那时活跃的恒星形成过程比较常见),哈勃空间望远镜业已证明这些遥远星系团中的很多天体是正在融合的成双成对的盘状星系。
      今天椭圆星系中的气体和尘埃如此之少,就是因为它们全都在这类融合过程中转变成了恒星。 今天,最大的椭圆星系位于星系团的中心,通过吞食其他任何过于靠近的星系而不断长大,好似一只蜘蛛坐享自投罗网的美食而日益肥壮。我们今天看到的全部星系中,仅1%活跃地卷进了这类并合。
      但是,并合的过程极为短暂(同星系年龄相比),根据天文学家的计算,过去70或80亿年间,我们现在看到的全部星系的一半都曾卷进过与大致相同大小星系的并合。在宇宙更为年轻而星系彼此靠得更近时,并合应该发生得甚至更加频繁。 现在认为,盘状星系本身是宇宙早期的较小实体并合而成。
      球状星团的年龄范围大约是70-140亿岁,暗示我们的银河系是在几十亿年间融合了100万左右小气体云而形成的。每个‘新’气体云与成长中的银河系碰撞时,激波就会引发一阵爆发式的恒星形成,产生一个新球状星团或往银河系中心核球补充新恒星。剩下的物质便沉降到盘中,最终形成旋臂。
      计算机模拟显示,整个融合过程在暗物质模型中特别有效,因为暗物质的引力将一切东西维系在一起——确实,如果宇宙中没有暗物质,我们今天所见的星系大概根本不会形成。 然而,仍有一些涉及星系形成和演化的难题有待解释。例如,1980年代,美国电报电话公司贝尔实验室的科学家们,证认了红移值相当于回顾时间20—30亿年的巨大数量矮星系。
      我们看到的这些矮星系是它们在地球只有当前年龄一半时的情景。那时,地球上的生命甚至还未曾离开大海登上陆地;但如果当时地球上有天文学家,他们的望远镜就会看到众多蓝色矮星系在夜天照耀,每个矮星系大约是我们银河系大小的1%。 那些矮星系是如此之多,以致有人把它们在现代天文照片上出现的可能景象描绘成‘宇宙墙纸’。
      可是我们看不见任何与此类似的东西今天仍在活动。 也许,那些矮星系曾经是盘状星系形成过程的中间阶段,已经被离我们较近的旋涡星系吞并了。也可能那些构成宇宙墙纸的矮星系不过是烧光了,因为它们太小,引力场很弱,这些小不点儿星系中第一次恒星形成高潮时产生的超新星引起了强大激波,把矮星系中所有剩余气体和尘埃驱赶到星系际空间去了,没有留下形成新恒星的原料。
      与那些矮星系相当的天体(或至少是它们的化石遗体)现在仍然可能存在,但它们目前只含有年老的衰亡中的恒星,由于太暗而从地球上无法看见。 蓝色矮星系时代之前,宇宙中的星系比我们现在看到的要大得多,但质量却不见得更大。它们不过是扩散得更广袤而已,因为引力自大爆炸以来还没有来得及把它们全部拉扯成一个更致密的形态。
      整群整群星系像生物体的生态系统那样一起演化,相互争夺原料(将转变成新恒星的气体云),相互吞并,适应随宇宙自身演化和年龄增长而不断变化的条件。当我们听到天文学家谈论出现星族、演化和变化,以及某种东西(如蓝矮星系)消失时,有时竟觉得这不是天文学家在谈论星系,而是生物学家在谈论地球上生物体的进化(译注:天文学中的‘星族’、‘演化’、‘变化’、‘消失’等词的英文与生物学中的‘种群’、‘进化’、‘变异’、‘灭绝’等词是相同的,故有此比拟。
      )。 。

    冰***

    2005-11-22 16:52:07

其他答案

    2005-11-22 17:38:19
  • 万有引力吧!

    小***

    2005-11-22 17:38:19

  • 2005-11-22 12:55:23
  •       构建原始宇宙的原生物质(主要是约78%的氢和22%的氦)的产生过程,在宇宙史的最初三分钟便告完成;在此后宇宙由于膨胀面冷却,如此大规模的核合成过程再也不可能发生了,而小规模的核合成也只有等到恒星产生以后。初生宇宙的空间充斥着极强壮的高能辐射,炽热惊人。
      原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空,它们之间的引力微弱,远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压,因此列法凝聚成团。看来要打破这种物质均匀分布的状态,还有竺宇宙冷却到足够的程度。 光阴一分分,一年年地流逝着,30万年过去,宇宙的温度温度隐降到了4000K,然而其均匀状态依然如故;1000万年过去,宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射,氢核和拟核形成了各自的原子,原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压,在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区,并继续向中心收缩;原始星云就这样形成了。
      在宇宙诞生1000万年以后,由氢拟两种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空,虽然非常稀薄,却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态,这预示了宇宙星光灿烂的未来。

    1***

    2005-11-22 12:55:23

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