动荡的银河系

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1、动荡的银河系新的天文观测数据，为我们绘制了一幅前所未有的银河系图景，也让科学家重新审视我们的银河系。这个诞生于混沌时期的大型星系，曾经历了剧烈的演化过程，且目前仍处于动荡的复杂状态。未来，注定将会有一场浩劫。也许你曾在某个夜晚，看到过那一条横跨夜空的苍白光带，罗马人称它为银星辰（vialactea），即银河系。自上世纪20年代以来，天文学家已经知道这条光带是我们在银河系边缘所看到的景象：在一个巨大的“风车”里面，充满了星云、气体云和数千亿颗恒星。在上世纪大部分时间里，天文学家一直认为我们的银河系

2、及其他类似的星系都非常安静：今天这种沉闷、缓慢旋转的结构，在许多亿年前就已形成并过度到了平淡的“中年”。自上世纪七八十年代以来，新一代地面及空间望远镜开始绘制银河系的全景图像——范围从微波段到X射线波段，得到了一幅过去无法想象的多彩景象。天文学家便开始重新审视银河系。到21世纪初，科学家通过系统的天文观测，发现银河系的结构蔓延整个天空，其范围之大，过去竟无人注意到。最近十年，许多研究团队竞相建立更强大的计算机模拟系统，从宇宙到星团，在每个量级的尺度上，对星系的起源进行建模。2013年，位于智利的

3、阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），将以前所未有的精度绘制银河系的细节部分。暗物质晕银河系诞生于暗物质，目前无人知道它到底是什么。暗物质的重量超过了普通物质（包括恒星、气体及其他一切由原子构成的东西）的5倍，目前只能通过它对可见恒星和星系的引力作用来探测到它。上世纪70年代，已知道银河系包括所有其他的星系，都被紧紧包裹在暗物质中。如果没有它，由普通物质产生的引力，远远不足以维持星系结构的稳定。作为宇宙大爆炸（大约发生在距今137亿年前）的直接后果，引力使暗物质原本很细微的不规则性得到了增强

4、，从而在各个宇宙尺度上，形成越来越致密的团块。宇宙学模拟显示，这个团块的形成过程，必然会演变成充满物质碰撞与并合的混沌状态。在大爆炸发生10亿年后，这些东西渐渐稳定下来，形成了一些类似于环绕银河系的暗物质团块：一个直径约为几十万秒差距（1秒差距约为3.2光年）的球星晕，其质量约为太阳质量的1万亿倍，其中包含着数量众多的子晕——最小的只有地球质量大小。在这个暗物质晕的内部，有一层由原始氢气和氦气构成的薄雾，它们是被暗物质的引力拉进来的。几亿年后，这些薄雾开始冷却并逐渐凝聚，形成恒星，这就是形成银河

5、系最初的物质原料。暗物质只回答了引力的问题，但把普通物质转化成今天的星系结构（其中充满着碰撞、耗散、冷却、加热、爆炸等过程）是非常复杂的。矮星系在暗物质子晕中存在一种复杂情况。只要它们的质量超过一定值（目前尚未确定具体数值），就可以把足够多的气体拉进来形成恒星，从而把自己变成矮星系——恒星和气体的不规则聚合体，质量约为当前银河系总质量的1%。倘若真是这样，那银河系周围应该有几千个矮星系，但目前天文学家只发现了20多个。对于上述差距，一个可能的解释是，银河系周围确实有很多个矮星系，但由于它们包含大

6、量的暗物质，所以变得极其“昏暗”，难以观测到。例如矮星系SegueI就含有比可见物质多1000倍的暗物质。我们对那些极其“昏暗”的矮星系非常感兴趣，因为它们为我们提供了一个暗物质子晕质量的临界值，低于此质量，暗物质子晕就无法吸引气体来形成恒星和宿主星系。当然也不排除有些暗物质子晕由于自身太小，一直就无法形成恒星，所以我们就看不到它们。要想发现一个含有极少星系的暗物质团，就得探测到它对附近矮星系或恒星流的引力效应，而这些效应尚未被明确地观测到。我们很想找到一个不包含星系的暗物质子晕，这是我们最想看

7、到的东西之一。还有一种可能就是，过去星系周围的确形成了很多矮星系，但由于第一代恒星非常巨大和炎热，它们的爆炸吹走了所有较小的暗物质子晕中的气体和恒星，只留下一些较大的暗物质子晕。恒星晕无论是哪种方式，星系的形成都在快速进行，在此过程中，气体和矮星系向内旋转，堆积在暗物质晕中心的气体和恒星的质量也在不断增加。由于离心作用，矮星系被甩得到处都是，这就是我们原始的银河系。这完全是一团乱麻，一些矮星系会由于太过靠近不断增长的星系内核而被它的引力拉进去。时至今日，在银河系外围的区域，似乎还有类似事件发生：

8、各种恒星流星还沿着矮星系原来的轨道绕银河系旋转。这些横跨天空的恒星流由于太过昏暗而难以识别，但天文学家还是发现越来越多这样的例子。其中一个就是人马座矮星系及其附属恒星流，已经发现这个矮星系正在瓦解。这些恒星流穿过昏暗的恒星晕——弥漫在银河系周围大约十万秒差距的范围内，形成了一个总质量约为10亿个太阳质量的球体。这个恒星晕可能只是几十亿年前矮星系的残余，但也不排除是由其他因素造成的。2007年确认了恒星晕被分成内层和外层部分的早期迹象。通过观测外层晕中恒星的光谱部分，发现在外层晕中一般只含有微量的