星系迟暮，恒星凋亡......宇宙前途堪忧，觉得没必要减肥了

白熊1

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自内而外的凋亡——超大星系的奇特死亡之旅
时间:2015-04-27 11:51 来源:环球科学（huanqiukexue.com）

近日，天文学家首次知晓，在数十亿年前，迟暮的老年星系中的恒星形成是怎样逐渐停止的。


结合欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（Very Large Telescope，简称VLT）与哈勃空间望远镜的观测数据，天文学家发现，即使在宇宙大爆炸的30亿年后，大质量的年老星系仍然在制造新的恒星，只不过仅限于星系的外围，而非其中心区域。恒星形成过程的冷寂似乎是从星系内部开始的，之后才渐渐地遍及整个星系。该研究结果已发布在《科学》杂志2015年4月17日刊上。


对光辉暗淡的大质量椭圆星系而言，科学家们想知道，它们曾经激烈无比的恒星形成过程究竟是怎样平息下来的。虽然椭圆星系在当今宇宙中随处可见，但这一直是一个难解的天体物理学之谜。这些大质量的椭圆星系，出于其形状，有时也被称其为“椭球星系（spheroid）”，它们所容纳的恒星的密度可达银河系中心区域恒星密度的10倍，整个星系的质量也接近银河系的10倍。


天文学家指出，当椭圆星系中只剩下年老的红色恒星，且不再出现年轻的蓝色恒星时，这就意味着这个星系已然不再具有旺盛的生命力了。通过对红色恒星年龄的估测，研究员们得知，这些恒星的寄主星系（host galaxies）大概在100亿年前就停止了恒星的生产。当时，正是宇宙中恒星形成的巅峰期，许多星系仍在积极制造恒星，恒星形成率是当今宇宙环境下的20倍。


“可以说，宇宙一生创造的恒星无数，但几乎有一半分布在死寂的大质量椭圆星系中。”Sandro Tacchella如是说，Tacchella是苏黎世联邦理工学院的研究员，也是该论文的第一作者。“除非我们能了解星系演化的全过程，不然，我们无法解答宇宙何以演化成今天的模样。”


Tacchella与他的同伴们一起，观测了22个质量各异的星系，时间跨度从宇宙大爆炸之后的30亿年至今天。利用安装在VLT上的“近红外积分视场光谱仪（SINFONI ，Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared）”，研究团队记录下了来自目标星系的光，其精度之高，足以分析出恒星形成发生在星系中的哪个具体区域。凭借这性能优良的自适应光学系统，SINFONI可以最大限度地排除地球大气干扰，从而记录下遥远星系的诸多关键数据。


同时，研究团队还利用哈勃望远镜对同样的星系样本做了对照观察，由于其位于太空中的绕地轨道上，所以完全排除了大气对光线的不良影响。哈勃望远镜上的广角3号相机（Wide Field Camera 3，简称WFC3）拍摄下了星系的近红外图像，令研究者们能够在进行活跃恒星形成的星系中，辨识出年老的红色恒星的空间分布。


“SINFONI的自适应光学系统实在令人赞叹，它可以大幅度地消除大气影响，优化图像质量，得以轻松辨别恒星诞生的具体位置。哈勃望远镜的精确度也同样非凡出众，轻易地分析出了星系中恒星群组的分布。”Marcella Carollo称赞道，Carollo也是苏黎世联邦理工学院的研究员，论文的合著者。


依据最新的数据，所测的样本中，尽管大质量星系外围区域仍然存在着稳定的恒星形成过程，但其致密的中心区域却鲜有新生恒星形成的迹象。


“新研究中恒星形成活跃度在星系里由内而外衰减的结论，有可能揭示其中蕴含着的深刻的规律，天文学家们一直为这个问题争论不休。”Alvio Renzini如是说，其任职于意大利国家天体物理研究所下属的帕多瓦天文台。主流理论认为，星系中心有一个大质量的黑洞，黑洞吞噬物质时会同时向外喷放出能量风，如此强劲的能量风吹散了星系中心区域的物质，遏制了新生恒星的形成。另一种理论则认为，随着星系的发展，新的物质不再流入星系，最终由于造星物质的缺乏，星系逐渐变成红色，陷入沉寂。


“对于解释大质量椭圆星系如何渐渐冷寂的物理原因，许多不同的理论模型都有着自己的说法。”论文的另一位合著者Natascha Förster Schreiber坦言，其任职于马克斯•普朗克外空物理学研究所（Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik）。“新发现告诉我们，恒星形成过程的冷寂是从星系内部开始的，而后逐渐外扩到星系的外部区域，这项结果对于我们了解宇宙的演化十分重要，我们将会慢慢地看清其内在的秘密。”（翻译：刘泽宇  审稿：林然）


原文链接
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150416141147.htm


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