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揭秘80亿年前星系变化 从混沌到有序终趋稳定

http://www.kexue.com 2013-08-15 10:06:49 科学网  发表评论


该图显示了稳定碟状星系的四个发展阶段,其中每一个发展阶段大约持续30亿年

  每个星系都在向稳定的阶段慢慢变化,在任何一个时期,质量越大的星系,其稳定性和有序性也越高;越偏远的、质量越低的星系,其内在运动越无序,而且其内部的宇宙气体运行路径也越多样化。

  据国外媒体报道,美国天文学家近日对夏威夷凯克天文望远镜和美国宇航局哈勃天文望远镜所观测到的数百个星系进行了综合研究,研究成果揭示了一个可以追溯到80亿年前的惊人变化趋势:宇宙中的星系在形成的过程中并非一直处于平稳运行的状态,而是慢慢从一种无序状态变为现在类似银河系的扁平碟片状的稳定有序形态。

  研究项目负责人、美国宇航局戈达德太空飞行中心天文学家苏珊-卡辛表示,“天文学家通常认为,宇宙中的星系在80亿年前就已经形成了现在所展现出的扁平状形态,当然,在这80亿年的过程中,这种形状也发生了一点点变化。不过我们最近的研究结果发现事实并非如此:这些星系在这一阶段一直在持续地变化着形态。”

  目前,这些由恒星组成的稳定星系通常呈扁平碟片状,比如我们所在的银河系。在这些星系内部,旋转运动是绝大多数星体的运行方式。但是天文学家在研究中发现,最远的蓝色星系内却呈现了截然不同的形式,在那些星系内部,星体的运动方式多种多样,而且整个星系的结构较为混乱。不过这些无序的星系会慢慢向现在银河系的状态转变,慢慢变成一个结构有序的星系。

  这些蓝色星系的颜色说明大量的恒星正在其内部生成,因而星系内的运动较为混乱而且星体运动速度较快。这样的规律适合于所有的星系,不过,质量越大的星系内的运动越有规律、也越稳定。研究人员认为,他们研究中的最远的那些蓝色星系正处于慢慢变化成像我们所在的银河系这样稳定的扁平碟片状星系的过程中。

  美国亚利桑那大学天文学家本杰明-维纳说,“之前研究中的那些内部运动混乱的星系在宇宙中非常普遍,反而那些稳定的扁平碟片状的星系是那些少数发育成熟的。”

  为了充实他们的研究样本,研究人员还将目光投向了那些所有可以通过发射谱线观测到其内部运动的星系。发射谱线是由一些星系内部宇宙气体发射出的可以显示其特性的离散波长辐射。这些射线在星系发出的光线被分解成其组成色的时候被释放出来。这些辐射携带了大量关于星系内部运转情况的信息。

  研究团队还对544个远距离蓝色星系进行了研究,这些星系距离地球约20亿至80亿光年,它们的质量为银河系质量的0.3%到100%。天文学家们的研究成果发表于《天体物理学杂志》上。

  银河系也经历过从混乱星系到稳定星系的转变过程,并逐渐形成了现在的形态。这样的星系形态和太阳系的形态类似。在过去的80亿年中,星系与星系间的融合数量大大减少。同时,恒星产生的速率和超新星爆发的数量也随之减少。科学家认为这些因素也是星系慢慢变得趋于稳定的原因。

  科学家使用计算机模拟了这些形态变化过程,并不断修改完善他们所建立的模型。该研究有助于天文学家们了解这些天体形态变化的物理过程。这项研究由加利福尼亚大学、加州大学柏克莱分校、夏威夷马诺大学、摩约翰霍普金斯大学、芝加哥大学和帕萨迪纳市加州理工学院共同协作完成

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