导语:银河系是宇宙中最大的可见天体,其规模和质量令人震惊,恒星数不胜数。还要面对死亡吗?银河系之死并不像大质量恒星爆炸那样可怕,也不像生命般形神俱灭。银河系的消亡与生长相关。

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星系的形成,寿命和恒星形成的影响

1、星系的形成

在宇宙中本来没有星系,有更多的恒星形成,有星系。暗物质是宇宙中物质组成最多的一种基本结构。在引力的作用下,暗物质成团,形成了暗物质晕。重子质,或称原始气体,在引力的牵引下,向暗物质晕的中心汇聚,引力能转化为动能,动能再转化为辐射能释放出来。由于气体的密度越来越大,受到重力的影响,最终点燃核反应形成恒星。星系一批一批地形成,星系不断成长。

2、恒星形成的影响

银河系一旦停止了恒星的形成,就会被判定为死亡,天文学家将其称为熄灭。消失并不意味着星系中的星星一起“消亡”。当银河系中的许多恒星仍在进行剧烈的核反应时,它们已经死亡。银河系的消失,仅仅意味着新恒星不再产生。

所以,宇宙中真的存在死亡星系吗?宇宙空间里的确有死去的星系,我们通常把它们称作老年星系。可以根据颜色来区分星系的年龄和恒星的形成状态。银河系有些偏蓝,有些偏红。蓝的是正在生长的年轻星系(如图1),而红色的是那些衰老和死亡的星系(如图2)。银河系的颜色在很大程度上取决于它里面的恒星。大型恒星更亮、更蓝,包含大质量恒星的星系中的偏蓝色。小型的恒星暗淡偏红,如果星系中没有大质量的恒星发光,纯由小质量恒星发光,那么星系就会偏红。

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3、星系的寿命

星体的寿命是非常依赖于质量的,大质量恒星会在几百万年内爆炸而结束生命,而小质量的恒星,比如太阳,可以存活数百亿年。在一个年轻的星系中,恒星不停地形成,既有大质量的恒星,也有各年龄层的恒星。因此,星系也是偏蓝的。在星系停止形成恒星的几百万年之后,先前形成的大质量恒星早已消亡,只留下不断老化的小质量恒星。因此星系是偏红色的。

02

银河系消亡的原因

1、为何银河系不能持续成长,而会消亡并消亡

银河系成长过程中,并非随心所欲地获取气体和形成恒星,而是受到气体吸积率、冷却速率、恒星形成速度和恒星反馈率所限制。星系最初的两个速率控制着星系的燃料数量,后两者限制了星系无法一口吃胖。第一,星系所处的引力位阱应该有足够的深度来吸引气体,其次,冷却这些气体才能转变成燃料——形成恒星的致密气体。在星系最终拥有足够冷的气体并以恒星成成率形成恒星时,大型恒星就会迅速地演变成超新星。从超新星爆发中产生的能量可以加热周围的气体,降低气体冷却率,甚至对于引力不够强大的星系,也会把气体吹出星系。在气体减少之后,恒星的形成过程受到抑制。星体形成的速度越快,超新星爆发的能量就越大,抑制恒星形成的能力也越强。银河系生长就是在这种微妙的平衡中生长的。

2、银河系的老化

银河系怎样老化是星系理论研究中一个一直争论不休但始终保持热度的话题。观察结果表明,星系的死亡率与其质量、形状和环境密切相关。物质越大,星系的死亡率就越高,大约100亿太阳质量的星系有80%已经消亡了,像银河系一样的质量,大部分还在形成恒星。相对于年轻的,椭圆星系大多数已经死亡。密度越大,星系就越容易死亡。更为有意思的是,1kpc中的密度越大,星系的死亡率就越高。为解释星系的死亡率,天文学家却想方设法地做了很多“谋杀”的事。

银河系类型不同,死亡方式也不同。中央和卫星星系有着不同的死法。中央星系处于引力势阱的中心,并有源源不断的气体向其流动,因此中心星系就处于“不愁吃穿”的状态。

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03

银河系的吞噬和体重过大

1、银河系对周围气体的吞噬

银河系除自身的恒星形成外,还吞食周围的星系,造成气体内流引发星爆,一次性消耗掉所有气体。这次的巨浪过后,周围已经没有冷气体能继续形成恒星。这种星系的死亡可能就像是“窒息”一样。即便没有被“噎死”,当星系成长时,周围的气体变得越来越热,中央的黑洞也变得越来越长,这就增加了后续气体冷却的难度。所以有些吃的特别多、特别长的星系会更容易死亡。

超大质量黑洞在几乎每一个大质量星系中都存在。银河系不断增长,黑洞暗地里逐渐长大。当吸积性气体时,黑洞释放出巨大的能量来加热周围的气体,抑制气体冷却,从而切断了恒星形成的燃料供给,阻止下一个恒星的形成。银河系正在成长,而其内部的巨兽也在不断成长,好想向中央星系大喊大叫:别吃太胖,一定会被杀死!

2、银河系体重过大

卫星星系是个不能忍受饥饿的可怜虫,而不能忍受饥饿。环绕中央星系的卫星星系并不在引力场的中心,因此无法吸引足够的气体。无法食用气体的卫星星系只能慢慢饿死,吃掉剩余的气体。过多地说,卫星星系本身的气体有可能被吞噬。

重力与距离平方成反比,卫星星系处于引力场中,朝向引力势阱中心的部分的引力较大,而另一面受的引力则更小,就像一只巨大的手在向两边撕扯着星系一样。假如这一引力比卫星星系对自己气体的引力大,气体就会从卫星星系撕裂。

结语:有时星系的形成并不只是这样,当它围绕中心星系运动时,卫星星系会感觉到周围分散气体的压力,就像头发在狂风中奔跑时被风吹起一样。假如这一压力大于星系的引力,它也会吞噬星系的气体。