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第18章 恒星流

宇宙空间中的星际移民

恒星流是小星系靠近巨星系,在强大的引力潮汐作用下,逐渐扭曲、瓦解,并被拉成纤细而壮观的星流。

1994年发现的人马座星流,可能是最令人印象深刻的已知星流。这条星流宛如一串巨大的恒星项链,环绕在银河系周围。它的跨度超过100万光年,包含了大约1亿颗恒星,一直连接到人马座矮椭圆星系。银河系周围与它类似的小星系共有15~20个,它们就像卫星绕着行星一样围绕银河系旋转(因此又被称为卫星星系)。这些卫星星系大小不等,既有质量约为银河系十分之一的大麦哲伦云,也有质量为银河系百分之一的人马座矮星系,甚至还有质量仅有银河系百万分之一的暗弱星系。居住在银河系附近可不是一件舒服的事情。这些小星系会逐渐变形,并被最终瓦解。人马座矮星系已经垂死挣扎了几十亿年,现已经走向瓦解。它的恒星将散落在整个银河系中,现在这样的星流也会逐渐消失,未来的天文学家将很难把它们与银河系的土著恒星区分开来。其他几个小星系也正在被银河系肢解,有些现在只剩下了一条星流。大麦哲伦云则代表了另一类较为少见的现象——银河系从那里夺走的是气体,而不是恒星。

星系瓦解背后的机制是引力的潮汐作用,这是我们非常熟悉的,同样的机制在地球上产生了海洋的潮起潮落。一个天体的不同部分经受不同的引力作用时,潮汐力就会产生。月球对地球朝向它的一面所施加的引力,比对背向它的一面施加的引力更大。两个力之间的差异尽管很小,不足以扯碎地球,却足以让海洋微微隆起。随着两个天体的相互绕转,海洋的隆起部位也会跟着转动,使地球上某一地点的海平面出现周期性的抬升或降低。与此类似,银河系也会在卫星星系或星团的一侧,施加比另一侧更大的引力作用,使它们扭曲变形。在这样的作用下,卫星星系或星团中的恒星会逐渐被银河系拖走。久而久之,卫星星系失去的恒星就会越来越多。这些恒星像面包上掉落的面包屑一般,在卫星星系的前后形成了长长的尾巴。发现这些星际移民,需要一双锐利的眼睛。从理论上说,这些恒星会排成长长的一串,从而暴露自己的行踪,就像拥挤舞池中的康加舞队一样(康加舞起源于拉丁美洲,舞者会排成一个长队一起舞蹈)。逆流追溯,有些星流会通向球状星团或者银河系的某个卫星星系——那里大概是星流中恒星的发源地,有些星流则通往那些发源地如今仅存的遗迹。但实际上,由于“土著居民”相对均匀地分布在银河系中,星流几乎无法从点点繁星中突显出来,也就很难被人发现。为了克服这一难题,最近许多研究人员都采用了“匹配过滤”技术,这是第二次世界大战时期开发出来的技术,当时被用来获得来犯敌机的清晰影像。只要知道了土著恒星和“星际移民”的大致形态,这项技术就能过滤掉前者,让星流显现出来。

星流会被银河系逐渐吸收,最终化为无形。然而六维相空间中的微妙线索,却能在茫茫星海之中,找到这些“星际移民”的蛛丝马迹。如此看来,人马座矮星系等卫星星系在银河系的构建过程中做出过贡献。这些发现彻底改变了天文学家原先对星系形成的理论认识:他们曾经认为,所有的星系都直接起源于原始宇宙中几乎察觉不到的物质密度涨落,其后便经历了早期的雪崩式生长,很快演化成现在这副模样。现在,基于对星流的观测,研究人员普遍认为,只有质量不超过10亿倍太阳的矮星系经历了这样的快速形成过程;像银河系这样质量相当于千亿颗太阳的大型星系,则是后来通过吸积和吞并矮星系而逐渐形成的。这种吞并过程一直持续至今,不过强度已大不如前。银河系吞噬近邻星系的过程被天文学家抓了个正着,他们又提出了更加深入的问题:这些古老的星系“建筑原料”具有什么样的化学组成?现在的大型星系中“星际移民”和“土著居民”的比例是多少?这些小星系带来的化学元素如何改变银河系早期的演化历史?这些星流就像化石一样,记录着星系构建的历史,除此之外,它们还能在探测暗物质方面大显身手。要弄清这些问题,天文学家不仅需要了解哪些恒星正在被银河系掠夺,还要知道哪些恒星是已经被俘虏过来的。研究人员遇到的困难在于,一旦外来的恒星和气体混入银河系,我们就无法通过特有的空间分布来识别它们。天文学家必须找到更微妙的线索,来追溯这些恒星的起源,例如它们的运动模式和化学组成上的一些难以抹去的固有特征。

斯隆数字巡天计划测量了所选区域内近25万颗恒星的运动,寻找以相同速度飞行的星团。搜索发现了14条独特的恒星流,其中11条前所未见。美国加州大学圣克鲁兹分校研究生凯文·施劳夫曼说,因为这次调查仅仅针对于银河系的极少区域,发现14条恒星流预示着“我们可能会在银河系剩余区域内发现大批恒星流。”施劳夫曼表示,在银河系内7.5万光年的范围内有将近1000条恒星流,并估计他们观测到的14条恒星流每一条都是独立的结构。另外还有一种可能性,即恒星流其实比估计的数量少,因为它们在不同地区多次出现,以致研究人员认为数量很多。2007年,美国科学家在银河系周围发现三条恒星流,这些恒星流可能是“遭到肢解”的星团和星系的残留物。恒星流的发现表明,银河系可能对这些“匆匆过客”而言是个不能久留的危险之地。美国加利福尼亚理工学院的研究人员卡尔·格里尔迈尔近日在美国天文学会大会上详细描述了他们的发现。这些恒星流据认为形成于数十亿年前,当时银河系的引力缓慢地将球状星团、甚至矮星系撕裂分开。这些恒星之间的距离曾经十分紧凑,但在高速经过星系晕时,在银河系的引力作用之下,它们的运行速度减缓,相互间的距离达数光年远。

天文学家认为,矮星系中由数亿颗恒星组成,可能充满了暗物质,暗物质被认为是将银河系紧紧粘在一起的“胶水”。据格里尔迈尔推测,恒星流在未来几年将是科学界关注的焦点,因为它们是科学家了解银河系过去、现在和未来的窗口,还有可能是证明暗物质存在的证据。

人马座

人马座,又名射手座,黄道星座之一,在蛇夫座之东,摩羯座之西,位于银河最亮部分。银河系中心就在人马座方向。从地球看来,本银河系的中心位于射手座,虽然银心被人马臂上的星云和尘埃带所遮挡,但是射手座的银河仍是非常浓密,中间还有很多明亮的星团和星云。这个星座中的天体主要是银河深处的宇宙天体,包括发射星云和暗星云,疏散星团和球状星团以及行星状星云。射手座有多达15个梅西耶天体——这是所有星座中最多的。其中很多用双筒望远镜就可以观测到。

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