为什么有些星系会停止产生新恒星？

像我们银河系这样的星系是利用引力从氢气分子中形成新恒星的工厂。堪萨斯大学物理学和天文学教授格里高利·鲁德尼克说：银河系正以每年大约相当于太阳质量的平均速度将气体变成恒星。星系中充满了气体，不断从星系外获得新的气体。这些气体在重力作用下进入星系，形成恒星，一些气体被吹回星系。但是一些星系已经停止了恒星形成的过程，天文学家们也很难解释原因。天文学家看到了很多不形成恒星的星系，无论出于什么原因，星系内没有多少气体，因此无法产生新的恒星。最大的问题是为什么？为什么有些星系会关闭？

博科园-科学科普：当它们关闭的时候，它们就剩下了已经拥有的恒星，但是不会产生新的恒星。解开这个谜题的一个关键可能是一个奇怪新星系，它距离地球约60亿光年，正在猛烈地释放自己的气体。现在，鲁德尼克在国家科学基金会的一项新资助下，与来自美国各地的科学家合作，研究这些星系，作为一种手段，以找出为什么有些星系不再具有形成新恒星所必需的气体。

这个过程的一部分是质疑最近关于恒星形成停止的传统观点。人们想出阻止星系中恒星形成的方法之一就是通过一个活跃的星系核爆炸地移除气体。每个星系，包括我们的星系，都有一个超大质量黑洞在中心。当气体落入黑洞时，就在它撞击黑洞之前，它会变得非常热，它释放出的能量会把星系中剩下的气体吹走。人们喜欢这个想法，因为这是一种能量充足的机制，能够将所有气体从星系中排除。

然而，2007年一组天文学家发现了一组“自猝灭”星系，它们通过其他机制阻止了恒星的形成。这个研究团队领导了对这些物体的多年研究。研究发现这种星系的气体以每秒数千公里的速度喷射出来，比喷气式飞机快3500倍，但绝对没有证据表明有任何气体落入黑洞。所以，现在的问题是，是否需要这个黑洞过程，或者是否有其他方法来实现它。

哈勃太空望远镜拍摄到60亿光年外星系自猝灭的彩色图像，中心的亮点是紧凑的区域，边缘的一些模糊告诉研究人员这是一个合并残余。图片：KU

你意识到，等一下，宇宙并没有那么简单。这可能会告诉我们关于星系是如何演化全新东西。通过哈勃太空望远镜拍摄到的更清晰星系图像，研究人员意识到，气体完全可以通过星系中恒星的集中光线从星系中喷射出来，而不需要从坠入黑洞的气体中获得额外能量。使用HST，以前在地面上的望远镜看到这些模糊点现在显示出了这些特征，看起来像是星系的碰撞——它们周围有大量的恒星流。最令人惊讶的是，它们非常紧凑。银河系所有的恒星和气体都分布在10万光年之外，这意味着从一边到另一边需要10万光年。

这些星系和银河系一样大，看起来它们的大部分质量都被塞进了大约1000光年的空间。所以，它们是巨大的，但它们也是高度集中。研究人员开始发展的想法是也许这些星系是如此紧密以至于所有的星光从这些星系的所有恒星挤进这个狭小空间内，它们自身的强度足以将气体驱逐出星系。这个想法是恒星发出光粒子，这些光粒子会撞击气体粒子，“给它们一点推力”。这些小推力的总和足以以惊人的速度将所有气体推出星系。当因为星系的合并而将整个银河系压缩成一个小点时，会导致数千亿颗恒星处于一个非常紧凑的位置。

星系sdss J 1341？0321的COJ(21)图在333kms-1通道上的平均值，跨越ΔV=±1500kms-1(标签给出通道中心)相对于系统红移。等高线从2σ开始，对数间隔为σ的0.2Dex倍。虚线等高线是负等值线。在HST/F814W成像中，十字线指示了恒星发射的峰值。黑色椭圆表示合成光束的fwhm。图片：KU

当这种情况发生时，可以将足够多的光线放入足够小的空间，这样就可以将所有的气体推出星系，而不需要从气体落入超大质量黑洞中获得额外的能量。美国国家科学基金会的资助工作将使对这类自猝灭星系进一步观察和研究成为可能。研究人员将用各种各样的方法来研究这些星系，使用的望远镜包括美国宇航局的钱德拉x射线天文台、夏威夷的凯克天文台和智利的阿塔卡马大毫米阵列(ALMA)等。这些星系以这种方式把自己封闭起来有多普遍？星系真能完全吹灭它所有的气体吗？还是我们看到的真是快速的小气流？就像你有一个茶壶在炉子上，它很热，一股煤气从茶壶里喷出来。

你知道这种气体正在喷射出来，我们想知道是否有足够的气体喷射出来，把茶壶里的水完全抽干。研究人员Rudnic在《天体物理学》上发表了一篇论文，用ALMA望远镜观察了一个自猝灭的星系内部“最致密、最冷的气体——实际上是构成恒星的物质”。在那篇论文中问道：我们有什么证据证明气体爆炸？这位堪萨斯大学的研究人员和合著者发现，这个星系是两个星系猛烈合并后的致密残余。这种“合并残余”也拥有巨大的高密度分子气体风，但没有任何活动星系核的痕迹，想要确定密度大的气体被逐出星系的速度。

ALMA使用的光波比可见光波长长得多，波长只有0.1毫米。事实证明，这种气体中一氧化碳分子发出的光，可以用地球上的望远镜看到。大部分的气体实际上是氢，但是从地球上很难看到氢，所以我们选择了微量气体。它很像天然气，闻不到，所以他们放了一些东西让它闻起来像臭鸡蛋。可以告诉我们很难看到的氢分子在哪里。用ALMA来检测一氧化碳用它来检测总分子气体的量。发现这种气体，构成了星系的大部分，以每秒1000公里的速度从星系中心移动。真正形成恒星的物质正在被吹灭。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《天体物理学》｜研究/来自：堪萨斯大学，DOI: 10.3847/2041-8213/aad8b6

博科园-传递宇宙科学之美

阅读原文进入可下载iOS或安卓App：博科园