正文

《宇宙大碰撞》近邻星系NGC 4438中的超大质量黑洞

宇宙大碰撞:大爆炸之后又发生了什么? 作者:(德)拉尔斯·林伯格·克里斯滕森


与银河系一样,NGC 4438中央也有一个超大质量黑洞。黑洞正狼吞虎咽地吞噬着周围的物质,被吞噬的物质不断旋转着坠入吸积盘内。其中一些从吸积盘相反的方向喷涌而出。两股喷流倾泻出大量物质,好像花园里的喷水管一样。喷流最终撞上致密的低速气体墙,产生了炽热的物质。

旋涡星系的大多数恒星,要么位于星系盘上,差不多沿着围绕中心的圆轨道运行,要么位于星系中心的核球。然而,有一定数量的恒星位于更加弥散的球状晕中,或者独立存在或者聚集在球状星团中。天文学家严格监测这些晕中恒星的运行轨道,但它们的运动与银河系的其他大多数恒星很不同。某些恒星绕转的中心与银心方向相反,或者偏离很大的角度,还有的恒星轨道非常怪异。很有可能这些晕族恒星是其他小星系在与银河系并合过程中,被银河系“俘获”的。

晕族恒星的运动使得它们偶尔会穿过星系盘。例如太阳附近的一群红矮星就被认为是晕族恒星,其中的代表就是卡普坦星和格鲁姆布里奇1830。由于这些恒星围绕银心的不规则运动,所以当我们以年为单位去测量这些恒星的速度时,就发现它们要比其他恒星运动得快。

科学家对旋臂结构的起源问题热烈讨论了数十年。在发现旋涡星系的本质后不久,科学家就意识到恒星不可能永远留在旋臂中。因为在距星系中心不同距离处的自转速度是不同的,旋臂很快越缠越紧,在星系完成几周自转后就会紧紧地缠绕住星系中心。但我们并没有观测到这种情况,所以旋臂结构的形成一定另有原因。

今天最广为接受的解释是密度波理论,认为旋臂是星系盘内自转的高密度区。根据密度波理论,旋臂中的恒星数目与旋臂间隙中的没有很大差别。密度波理论最常用的类比就是高速公路上的交通堵塞,汽车不断进入、离开堵塞区,但堵塞区自身保持不变。在旋涡星系中,恒星不断进出旋臂,但旋臂本身留存下来。密度波自转的速度要比星系盘中的物质慢,因此恒星和气体得以超过密度波本身,就像超车一样。当星际介质气体进入密度波时,气体密度变得更为致密,会引发新的恒星形成。

最亮和最热的新星高速燃烧着核燃料,因此它们的寿命很短,其诞生和死亡的位置都在旋臂附近。这就是为什么最亮的恒星可以用来描绘旋臂结构,而旋臂间隙处则有大量暗弱的恒星,却很少有亮星,因为亮星已经在旋臂附近死亡了。在旋臂内还能看到标志着恒星形成区的气体和尘埃云,它们的位置稍稍落后于密度波,后者将其压缩从而触发大批新恒星形成。

尽管表面看起来光滑,没有任何明显特征,内部恒星的运动也较慢,但椭圆星系是令人异常兴奋的动力学系统。


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