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第49章 星系的碰撞和合并

 宇宙中的星系也发生碰撞吗

相对于地球甚至太阳系来说,星系是宇宙中的大尺度结构,它包含数以百亿、千亿计的恒星。两个这样巨大的天体体系,相隔至少有几万光年,它们之间有没有可能撞在一起呢

理论和观测都给出肯定回答,星系之间也可以发生碰撞,只不过这类碰撞过程要经历数亿年甚至更长时间才能完成。

2002年,修复后的哈勃太空望远镜重新开始工作,使它洞悉宇宙的能力有了进一步的提高。从哈勃发回的第一批照片就可以看到星系碰撞的宏大场面。图3-17恒星形成时的星云照片是2002年5月份拍摄的,显示的区域被称为圆锥状星云,4个明亮的星系在星云的前方排成一线。

四星系碰撞照片清晰地显示了10亿光年远处四星系碰撞的图景,另一张照片显示的是恒星形成时发出的金色光环。这次相撞造就了大量新星球。图中围绕中心部分的物质为这些新恒星发出的紫外线,黄色和浅蓝色部分为直径达3万光年的相撞区域,体积相当于银河系的一半,下侧淡蓝色部分为延展2万光年的尾部。

是触角星系图。正在碰撞合并中的乌鸦座触角星系,以惊人的速度生成巨大的释X射线的“泡沫”状气体,形成“超级磁泡”。天体物理学家利用钱德拉X射线望远镜拍摄了这一空前的细节,它提供了一个类似150亿年前年轻宇宙及各星系正在形成时的雏形。天文学家做出这样的解释:那时,星系都曾十分接近,星系的碰撞显得十分普遍,其碰撞的结果对形成我们现在所观测到的各种星系形状有非常大的影响。

神奇的“老鼠”,又称NGC4676,实为两个相互冲撞在一起的星系,距离地球3亿光年。这两个星系最终将合二为一,形成一个巨型星系。两星系之间恒星、气体与尘埃相互作用,形成一条美丽的“长尾”。

老鼠星云怎样理解这些现象呢其实,这些天体的奇形怪状是潮汐作用的结果。乍一听,似乎很难理解,因为由于月球和地球间的引力造成的潮汐无法在地球背对月球的一侧“长”出一个长长的尾巴来。但是,星系的尺度和质量绝不是地月系统所能比拟的,它们之间的引力强得多,结果也就大不相同。当然,真正理解这些现象还是在用大型计算机作了数值模拟之后,托姆尔关于互相靠近的两个盘状星系的数值模拟结果最为有趣。

如果一大一小两个星系相互接近,则小星系能从大星系的近侧曳出物质,形成把两个星系联接在一起的“桥”。如果两个质量近似相同的星系在高椭率的椭圆轨道上组成星系对,那么彼此足够接近的时间并不长,但就在接近的期间,两星系靠近一侧的数十亿颗恒星就会从它们原来的轨道上拖曳出来,从而使星系的质量减小。同时,在远离伴星系的另一侧,原来被星系引力曳住的恒星会因星系质量的减小造成的引力减弱,而被留在星系后面,结果就会逐渐形成长尾巴的星系。

另外一种情形是,如果一个大的星系和一个小的星系或者星系际气体云正面相撞,由于星系内恒星实际上分布得很稀疏,因此相撞的两个星系将会相互穿越而过。但是当两星系因相撞而靠近时,星系中心的恒星数目会因两星系的靠近而增加,中心恒星密度和引力的增加,将使星系外围的恒星向星系中心跑去。当这些外围恒星趋近星系中心时,却发现吸引它们前来的星系靠近的“精彩表演”已经结束。前来相会的另一个星系已经穿越而过,同时也把造成的额外引力带走了,所以这些跑向中心的恒星又会反弹回去,形成一个向外扩张的环。在这个混乱过程中造成的冲击波,又会促使星际介质坍缩而形成许多新的恒星,它们使得向外扩张的环更加明亮,这就是环状星系形成的过程。

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