银河系如何从“瘦小子”变成“胖大叔”?

相信大部分人都有睡觉的时候被电话吵醒的经历,心情一定非常糟糕。有实验表明,睡觉被吵醒,相当于被剥夺了26个小时的睡眠。这种事情最近就发生在中国科幻领军人物刘慈欣身上。但对他个人乃至整个中国科幻界来说,这不是一件糟糕的事。
8月23日下午一点左右,刘慈欣正在睡午觉,电话响了。电话那头的编辑告诉他,他刚刚获得了第73届雨果奖,创造了中国科幻的历史——这是亚洲作家首次获得该奖项。获奖作品是大家早就耳熟能详的《三体》。消息振奋人心,可惜当时是中午,如果是晚上,刘慈欣应该会走到室外,抬头看一会星空。

看过《三体》的人,大多会被文章中恢弘的设定所震撼,尤其会对三体文明充满兴趣。根据小说我们得知,三体文明来自半人马座三星,天文学称为半人马座α,我国古代称为南门二。它是由甲、乙、丙三星组成的目视三合星,是离太阳最近的恒星系统。因此,在科幻小说中,半人马座一直都是外来文明发祥地的热门。

但对于不常看科幻小说的人,更为熟悉的是作为十二星座之一的人马座,即射手座。人马座是一个神奇的星座,银河系的中心(银心)就在人马座方向,所以这部分银河是最为宽广和亮丽的,吸引着无数人仰望的目光。

实际上,人马座是银河系从其他星系吞食而来。在银河系的演化过程中,一直吸引着周围许多较小的星系,逐步将这些小星系里的恒星消化进银河系。这种说法说并非空穴来风,小星系被吞食之后,会在银河系引力作用下形成一道暗弱星流,这些星流就是控诉银河系蚕食它们的证据。一个典型的星流就是1994年发现的人马座星流,包含约计1亿颗恒星,跨度超过100万光年。

目前为止,已经在银河系中发现了十余个星流,由几千到几亿颗恒星组成,跨度从数万光年到数百万光年不等。这些星流被科学家们戏称为银河系的“化石”,通过这些“化石”,就可以来探究银河系的形成之谜。

一开始,银河系很小,身材很苗条,但是银河系有一个好胃口,在潮汐力场的作用下,它看见什么吃什么,通过大规模吞食完成了纵向和横向的双重发展。通常来说,我们人类管这个现象叫做中年发福,而对于银河系来说,还有一个高大上的说法,叫做“等级式结构形成”。
那么,银河系这个吃货,到底是如何吞食星系才走样成了今天的身材?通常来说,我们人类管这个过程叫做进食,而对于那些研究银河系的专家们来说,叫做“银河系考古”。

要吃饭,首先得有一副好牙口,才能“吃嘛嘛香,身体倍棒”。根据星系等级式结构形成学说,驱动银河系生长的主要动力来自包裹着星系的暗物质晕。暗物质晕会通过引力,吸引气体形式的物质向自己移动。这个过程中就形成了恒星,恒星发生爆炸,恒星原子则重新回到星系内部和外部,引发新一代恒星的形成。银河系的银心,最有可能就是通过这种方式形成的。

银河系通过一个围绕在银心和旋臂周围的巨大球形晕,来捕捉路过的矮星系。当一个矮星系环绕银河系时,潮汐力就将其纳入晕中。矮星系越靠近核球,受到的引力越大。最后,在强大的引力作用下,银河系就将矮星系中的恒星剥离出来。这些恒星一旦脱离矮星系,就会被贪吃的银河系吃掉。
银河系吞食星系可不像我们吃饭那么简单,它这顿饭要吃成千上万或者几亿年,随着漫长的时间推移,星系一点点被消化被分解,这些星系逐渐扩散,最终形成星流。

银河系的考古学家们经过数十年的研究,通过“斯隆数字巡天系统”得到了一幅高质量的银河系恒星三维分布图,它可以在各个方向上,显示出恒星的距离和位置。通过这幅图,我们可以了解到银河系这个胖子到底吞食了多少星系。

现在的银河系约有150个球状星团,大多是在120亿年前,银河系演化的早期形成。在那时候,还很年轻的银河系食量非常大,甚至有些“暴饮暴食”,这些星系经过了120亿年的消化,形成了银河系今天的面貌。通过研究银河系考古,可以获得其他漩涡星系形成和演化的线索,同时也可以揭开早期宇宙形成最初阶段的神秘面纱。

仰望星空并不是科学家们的专享权利,人类对于太空有一种本能地着迷,在虚空寂寞的时候,在难过伤心的时候,仰望星空总是能给我们一些遥远但是温暖的安慰。科幻作家刘慈欣在提到什么是好的科幻小说时,也曾说:“好的科幻小说应该使人们感受到宇宙的宏大,让他们在下夜班的路上停下来,长久地仰望星空。”

(出品:科普中国;制作:科学范儿创客团队;监制:中国科学院计算机网络信息中心;如需转载请与移动端科普融合创作办公室mobile@cnic.cn 联系。)


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  • 发表于 2015-09-18 00:00
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