物教育学家开掘星系驾鹤归西奥密:不再有新恒星产生

 生命科学     |      2020-01-20 18:35

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天文学家提出了一种新的“星系形成理论”,在上世纪80年代提出的星系形成理论基础上进行了补充,更加精确地描述了星系的形成过程。据国外媒体报道,过去20多年,天文学家使用寒冷暗物质理论作为解释宇宙如何在130亿年前宇宙大爆炸之后诞生,以及直到现今进化成为纤维丝状、多星系的宇宙网络。然而目前科学家最新研究提出了星系形成的一种新理论。

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科学家发现星系死亡奥秘:不再有新恒星形成

哈勃太空望远镜在该研究中使用的一个SpARCS星团的图像,看起来就像宇宙48亿年前出现的那样。

我们可以对星系的形成过程做一些推测。1.旋转星系

星系比我们所看到的更多。在黑暗的太空背景下,星系明亮的恒星似乎平静地旋转着。但仔细一看就会发现很多混乱。

科学家发现星系逐渐死亡的奥秘 不再有新恒星形成

星系团是宇宙的罕见区域,由数百个星系组成,包含数万亿颗恒星,以及热气和暗物质。

与旋转恒星胎比较起来,旋转星系胎就太大了。它的质量要大1000亿倍。体积要大万亿倍。所以,它的角动量是极为巨大的。这样,它有可能是历史残存。

去年1月,西雅图华盛顿大学的天文学家杰西卡·沃克在美国天文学会的一次会议上说:“星系就像你和我一样。他们生活在一种持续的混乱状态中。”

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ag环亚集团官方网站,人们早就知道,当一个星系落入一个星团时,恒星的形成在一个称为淬火的过程中被迅速切断。然而,实际上导致恒星熄灭的是一个谜,尽管天文学家提出了几个合理的解释。

它后天成长的可能性比较大。例如,银河系就在不断地肢解邻近的大、小麦哲伦云,并以此壮大自己。本星系群的老大,仙女座M31的星光向紫色端移动,这说明,它和我们银河系正在彼此向着对方运动,将来有可能形成一个大的旋转星系。

大部分的动荡发生在一个巨大的,复杂的环境中,称为环绕介质。这片浩瀚的灰尘和天然气云是星系的燃料来源,废物堆放和回收中心。天文学家认为,星系如何在数十亿年内不断形成新恒星,为什么恒星的形成突然停止,这些最紧迫的星系谜团的答案隐藏在一个星系被包围的环绕介质中。

当天文学家在不同距离检测熄灭的非恒星形成星系时,他们可以更容易地查明是什么机制在发挥作用

由加州大学河滨分校的前研究生Ryan Foltz领导的一项新的国际研究,对淬火时间尺度进行了最佳测量,测量了它在宇宙历史中70%的变化情况。该研究还揭示了该过程可能有助于关闭星团中的恒星形成。

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巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家莫莉·皮普斯说:“要了解星系,你必须了解它们所在的生态系统。”

腾讯太空讯 据国外媒体报道,星系有三个主要形状——椭圆,螺旋和不规则状。它们大小不一,可以是蓝或红色。蓝色星系仍在积极形成恒星,大多红色星系目前还没有形成恒星,被认为是被动的。导致星系“熄灭”——停止恒星形成的过程,尚不是很清楚,但在星系演化的研究中构成了一个突出的问题。现在,由加利福尼亚大学Behnam Darvish和Bahram Mobasher领导的一队研究人员使用一个约70000个星系的大样本进行研究,也许他们可以解释为什么星系停止创造恒星。

众所周知,进入星团的每个星系会带来一些尚未形成恒星的冷气体。一种可能的解释表明,在冷气体变成恒星之前,它已被集群中已经存在的热的致密气体剥离离开星系,导致恒星形成停止。

它们不可能形成椭圆星系。这是因为:

然而,这个星系的大气是如此的分散,以至于它是看不见的,一升的环绕介质只包含一个原子。经过近60年的时间,哈勃太空望远镜的升级才开始探测遥远的环绕介质,并弄清楚它们的不断搅动如何能够制造或破坏星系。

该研究小组成员包括加州理工大学和英国兰开斯特大学的科学家,通过梳理现有数据,该调查在过去的110亿年里为星系提供精确的距离估计,并关注影响星系中恒星形成活动的外部和内部过程影响。研究小组注意到,外部机制,包括星系团内一个下落星系产生的阻力;多重引力与其他星系的相遇,浓密的周边环境,导致材料从星系中被剥离走;以及停止向星系供应气体,从而扼杀了产生新恒星所需的物质。

另一种可能性是星系被勒死,意味着它们停止形成恒星,因为它们的水库一旦落入星团内就会停止补充额外的冷气。预计这是一个比剥离更慢的过程。

这是两个大系统的融合,不是两个刚体的碰撞。两个星系的成员都碰撞的可能性是没有的。

直到最近,我们才能够真正地、真实地观测到这个气体周期与星系本身的性质之间的关系。

研究人员解释内部机制包括一个黑洞和“恒星流出”。该研究的第一作者,加州大学河边物理和天文学系前研究生Darvish表示,通过使用星系的可观察性和精细统计方法,他们发现,平均而言,外部过程在过去的八十亿年只与星系停止造星熄灭有关。另一方面,在此之前,更接近宇宙开端的时候,内部过程是关闭恒星形成的主导机制。

第三种可能性是来自恒星形成的能量本身驱使大部分冷气燃料远离星系并阻止其形成新恒星。预计这种流出情景会发生在比剥离更快的时间尺度上,因为气体永远会流失到银河系,无法形成新的恒星。

它们都具有巨大的角动量。形成椭圆星系意味着零角动量。而两个矢量相加的必要条件是,它们作用在同一物体上。这在两个系统上是根本不可能的。

有了第一次河外普查,天文学家们现在正在拼凑环绕介质是如何控制其星系的生死的。新的理论研究表明,如果没有媒介的疯狂流动,星系的恒星会有非常不同的排列方式。此外,新的观察表明,一些环绕介质是惊人的庞大。通过新的望远镜和计算机模拟,对环绕介质有了更好的理解,这可能会改变科学家对一切事物的看法,从星系碰撞到我们自己原子的起源。

这一发现为天文学家们提供了一个重要的线索,即了解不同宇宙时间里,主导过程不同。当天文学家在不同距离检测熄灭的非恒星形成星系时,他们可以更容易地查明是什么机制在发挥作用。在天文学中,是否只有内部机制,或者外部机制或两种现象的组合使一个星系停止恒星形成,许多这样的争论仍在继续。什么过程占主导,不同物理过程在关闭恒星形成中的分数作用,以及这些过程什么时候会对星系的进化生命发挥重要作用尚不明确。

由于这三种不同的物理过程可以预测星系在宇宙历史上不同的相对时间尺度上熄灭,因此天文学家假设如果能够比较长时间基线观测到的淬火星系的数量,那么导致恒星熄灭的主要过程就会更容易变得明显。

两个矢量对消的条件是,它们大小相等、方向相反。它们的大小不大可能相等。对方的质量是我们的两倍,直径也是我们的两倍。从图2.16来看,它们的角动量是几乎垂直的。

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Darvish表示,当意识到所有这些机制可能依赖于星系被熄灭的属性时,情况变得更加复杂,它们可能随时间演化,它们在不同的时间尺度上起作用——或快或慢,以及它们可能依赖于熄灭因子的属性。在研究过程中,物理学和天文学教授Mobasher一直监督着Darvish,他表示,他们发现,平均而言,外部过程在一个相对较短的时间尺度里起作用,大约十亿年,而且能更有效地抑制更大规模的星系。

然而,直到最近,很难找到遥远的星团,甚至更难以测量星系的属性。红色序列聚类调查的国际斯皮策适应调查(SpARCS)调查现已对宇宙历史的70%以上进行了测量,这是通过开创新的聚类检测技术实现的,这种技术可以发现数百种新的聚类检测技术。在遥远的宇宙中聚集。

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研究人员使用明亮的背景光源,如类星体,来了解星系周围的环境介质,即星系周围的弥散气体和金属云。气体在星系和CGM之间循环。

而内部影响在密集的星系团中更有效,时间尺度很重要,一个很短的时间尺度表明他们需要寻找快速停止造星的外部物理过程。该研究的另一个重要结果是,在关闭恒星的形成中,内部和外部两过程不相互独立。

新的UCR领导的研究使用了他们自己新发现的一些SpARCS星团,发现随着宇宙的变老,星系需要更长时间才能停止形成恒星:宇宙年轻时(仅40亿年)只有11亿年,1.3宇宙中世纪(60亿年),现今宇宙50亿年。

图2.16

等待哈勃望远镜

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比较遥远宇宙中星系中星系的猝灭时间尺度与附近宇宙群中淬火时间尺度的观测结果表明,气体剥离等动力学过程比预测更能适应预测,而不是扼杀或流出,Foltz说。

这里,我们简单了解一下碰撞过程中角动量的变化。见图3.8,两粒子A、B相向而行。这时的角动量守恒是说,它们相对于它们的质量中心O的角动量在碰撞的前后是不会发生变化的。如果两个粒子没有自转,而且,它们又正面向对方运动;那么,它们的角动量等于零。注意,两个条件,正碰和无自转,必须都满足才会得到零角动量的结果。

2009年哈勃望远镜的升级,使得环绕介质普查成为可能,但几乎没有发生。

为了进行这项最先进的测量,SpARCS团队需要在夏威夷使用WM Keck天文台望远镜(直径10米)进行10晚观测,并使用双子双子望远镜(直径8米)进行25晚观测在夏威夷和智利。

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巧合的是,哈勃望远镜的主要拥护者也是第一批发现如何观测星系环绕介质的天文学家。普林斯顿大学的莱曼·斯皮策和新泽西州普林斯顿高级研究所的约翰·巴赫尔以及其他天文学家在1963年发现类星体后发现了一些奇怪的东西,这些明亮的信标现在被认为是围绕遥远星系中心超大质量黑洞的热盘。

由于这些天文台对我们工作的巨大投入,我们现在相信我们对星团中最大质量星系的恒星形成有一个很好的了解,UCR的物理和天文学教授,以及UCR的领导者Gillian Wilson说。 SpARCS调查,研究完成后Foltz在其实验室工作。然而,有充分的理由相信低质量星系可能会因不同的过程而熄灭。这是我们团队正在努力解决的问题之一。

图3.8

天文学家到处都看到,类星体的光谱都带有缺口。一些波长的光没有通过。

该团队已获得美国国家科学基金会额外50晚的双子座时间和120万美元的拨款,用于研究恒星形成如何在更多的常规质量星系中停止。威尔逊还获得了哈勃太空望远镜观测和NASA资助,用于分析淬火星系的高分辨率图像。

如果一个粒子是旋转的。那么,这个两粒子系统的角动量就不是零。碰撞前后是一样的。

1969年,斯皮策和巴赫尔意识到了正在发生的事情:丢失的光被星系边缘的气体吸收,这种物质后来被称为环绕介质。天文学家们一直在观察类星体,这些类星体通过环绕介质发光,就像大灯穿过雾一样。

两个星系融合的情况自然会复杂很多。但是,上面的思路还是可以用的。也就是说,系统的角动量等于子系统相对系统质心的角动量与各子系统自己角动量的矢量和。显然,在银河系与仙女星系可能的融合中,得到系统角动量等于零的可能性几乎是没有的。

不过,当时也没什么可做的了。地球大气层也吸收同样波长的光,因此很难分辨出星系的环绕介质中有哪些挡光原子,哪些来自离家较近的星系。知道环绕介质存在是一回事,测量它需要额外的东西。

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斯皮策和巴赫尔知道他们需要什么:一台能够从地球大气层外观测的太空望远镜。