目錄 星係碰撞 在宇宙中相當普遍,也是星係演化的重要關鍵。但星係碰撞 帶來的不是衹有毀滅,還有新生!這是哈勃太空望遠鏡從太空拍攝到的星係相撞後的情形。
這一不同尋常的一幕是在距離地球大約6300萬光年的烏鴉座內,兩個星係(稱為觸須式星係)正在發生碰撞,上圖就是它們的近況影像。兩個星係互撞時,它們內部的恆星通常並不會撞在一起,因為不管恆星看起來多麽明亮,都衹占據很小的空間,星係內大部分的地方其實空無一物。但是在這種歷時數億年的緩慢碰撞中,星係彼此之間會因強大的引力作用而互相撕扯,星係內無所不在的塵埃和氣體也會相互衝撞。在上圖這種龐然大物的衝撞中,由大質量分子云所聚成的黝黑塵埃柱,會因為星係之間近距離的相互作用而受到擠壓,從而激發數百萬計的恆星在短時間內快速誕生,其中部分恆星會在引力的束縛下則會形成大質量的星團。
科學家稱,星係相撞開始於5億年前,當每個核心撞在一起的瞬間,它們就變成了一個“超星係”。令人難以置信的是,儘管觸須式星係相互撞擊情景稍縱即逝,但它們此次撞擊距離地球最近,也是太空中星係相撞的最新案例。
兩個星係完全融為一體的進程可能還需要4億年左右。隨着這一進程的繼續,會出現壯觀的“焰火表演”,數以百萬計的新星誕生,多數都是以一組組、一簇簇的星雲出現的。在這幅照片中,近一半昏暗的物體都是包含有數萬顆新星的星雲。照片中心每一側的橘紅色斑點是兩個原始星係的核心,藍色是新星形成區域,而粉色則是氫氣。 儘管星係常被認為是結構很穩定的天體,但是從天文學的時間尺度來講,和星球之間的碰撞一樣,星係之間的碰撞在星係演變過程中也是司空見慣的現象。由於星係中物質的分佈比較稀疏,所以星係碰撞 並非一般意義上的碰撞,而是一種引力交互作用。
星係碰撞 的一種可能的結果,就是星係的合併。當兩個星係發生碰撞,並缺乏足夠動能來讓自己在碰撞之後繼續旅行時,它們就會彼此“墜”嚮對方,在無數次擦肩而過之後最終合併成一個星係。另一方面,假如參與碰撞的一個星係比另一個大得多,那麽前者在碰撞後基本上能保持原樣,而後者則被撕裂,成為前者的組成部分。顯然,星係合併對原先兩個星係的形狀的影響比“大碰小”或“小碰大”要大一些。 2004年9月,歐洲XMM-牛頓天文臺的天文學家們觀測到了有記錄以來規模最大的一次星團碰撞。在兩個發生碰撞的星團中,其中一個由近千個子星係組成,另外一個中也包含有約300個子星係。兩個星團均位於長蛇座,距離太陽係大約有8億光年。不過星團間發生的碰撞可一點也不像公路上時常出現的汽車相撞事故:單個星體在星係總質量中所占的比重均非常微小,在發生碰撞時,它們會相互滲透、融合,並會聚成一個嶄新的較大星團。在浩瀚的宇宙中,星係間發生碰撞的情況並不罕見,但像這次同時出現數百個星係相互滲透、碰撞區域綿延超過300萬光年的情況還是頭一遭。 星係碰撞 在宇宙中相當普遍,也是星係演化的關鍵。但星係碰撞 帶來的不是衹有毀滅,還有新生!斯匹策望遠鏡的紅外視力穿透層層塵埃與氣體,觀測到6800萬光年外觸須星係的恆星正被扯離軌道,旋臂也被拉碎。而觸須星係中心正誕生着新的恆星。
最近幾年,天文學家發現了一種極亮紅外星係。1980年,美國、英國、荷蘭合作發射的紅外天文衛星首次探測到極亮紅外星係的強烈紅外輻射,它比銀河係的紅外輻射強100倍以上。天文學家估計,這些很亮的紅外光是由於星係相互碰撞時,塵埃物質將碰撞中産生的新生恆星的光叢吸收並再輻射所致。哈勃空間望遠鏡在近3年的時間裏對30億光年內的123個極亮紅外星係進行搜索,結果發現其中有30%有明顯可見的多重合併。在這些宏偉壯觀的多重碰撞中,科學家們看到了宇宙進化順序中的最終階段——小的碎片相互結合形成更大的天體。大量物質從星係的裂縫中出來,形成很長的隊列,物質收縮形成的多重核擠在一起,有時還可以看到星係相互結合的“巢”。這一結果表明了宇宙早期的樣子,那時的星係碰撞 經常發生,因而誕生出許多新的恆星。
1990年4月24日,發射升空的哈勃太空望遠鏡嚮地球傳送回編號為AM0644-741環狀星係的獨特照片,該星係位於南半球劍魚星座方向距銀河係約3億光年的地方。看上去像一條鑽石項鏈的AM0644-741星係由年輕而又非常熾熱的恆星環組成,其直徑為15萬光年。該環狀星係是由兩星係碰撞 而形成的,碰撞時其中一個星係恰好從另一個星係平面中穿過。巨大無比的引力衝擊改變了星係的結構,迫使氣團壓縮並引起劇烈的恆星形成,大量年輕而又高溫的天體組成了哈勃太空望遠鏡拍攝的淺藍色項鏈。
環狀星係是星係間碰撞觸發大量恆星形成進而改變星係結構的生動範例。它們代表了一類特殊的碰撞,一個星係(入侵者)徑直穿過另一個星係(靶子)的星係盤。在AM0644-741的這張照片中,由於視場太小而無法看AM0644-741環狀星係到入侵者。
我們知道,星係就像一個個“恆星製造機”,在歷經100億年以上的漫長歲月中,從誕生之初的氣體中不斷地製造恆星。而在這些相互作用的星係中,恆星誕生的速度比普通星係快10倍以上。衹需經過幾億年的時間,相互作用的星係中心附近就會誕生出許多新的恆星。 2005年5月9日,美國航天航空局的一顆人造衛星觀測到明顯是從遙遠星係傳來的一次激烈的能量爆發,這是首次觀測到的兩顆中子星激烈的碰撞。這顆人造衛星名叫斯威伏特,它傳來的信息很快被傳達給地面天文工作者,隨後展開了數小時緊張的分析研究工作。
中子星碰撞被用來解釋一係列令人費解的巨型射綫爆發,這些爆發被稱為伽馬射綫爆發。天文學家們目前可以肯定“長爆發”,即歷時幾秒到幾分鐘的伽馬射綫爆發,是巨星燃盡,它們緻密的核塌縮導致星體爆發並在形成黑洞的過程中産生的;而“短爆發”,即不足1秒的伽馬射綫爆發,産生的原因始終是個謎。
爆發信號強度很低,斯威伏特衛星衹接收到11個光子,但是足夠讓地面望遠鏡判斷出爆發源大致方位。若幹小時之後,位於亞利桑那州基特峰,口徑3.5米的WIYN望遠鏡,以及位於夏威夷莫納剋亞山,口徑10米的“凱剋1”號望遠鏡都在搜索區域內觀測到了一個微弱的光斑,光斑位於一個距地球27 億光年的星係邊緣。
斯威伏特研究組的負責人內爾·基羅認為,觀測到的光斑出現的位置正是天文學家預測可能觀察到中子星碰撞的地方。然後,或許在數十億年之後,兩顆被擠出的中子星在短暫而激烈的碰撞中化為黑洞。
兩顆中子星碰撞 在《科學》雜志上發表的一份報告指出,x形射電星係內存在能夠突然翻轉的大質量黑洞,這種現象可能是由於吸收了其他星係的黑洞而造成的。
大多數星係中都存在着特大質量的黑洞,其質量可達太陽質量的數百萬或數十億倍。人們認為其中最活躍的旋渦在吞噬氣體和恆星時,會以可怕的速度進行旋轉。吸入的物質旋轉形成了一個嚮太空中強烈噴射能量的巨型盤狀物。調查表明,大約7%的活躍的射電星係具有x形的,或者說是翼狀的噴射流。天文學家認為,這些特徵代表着中心黑洞的運動,與地球自轉軸隨時間的改變而移動的情況非常相似。
然而,最近某些翼狀星係的高分辨率射電圖像卻顯示,在一對噴射流嚮新方向偏轉之處發生的變化是急劇的,而不是逐步的。美國新澤西州皮斯卡塔緯魯特格斯大學的天體物理學家大衛·米瑞特和他的合作者、澳大利亞望遠鏡設備中心的射電天文學家羅恩·埃剋斯指出:“它不得不翻轉。”最可能的機製就是:在一次星係撞擊中,另一個大質量黑洞到達了此處。根據他們的模型,一個質量至少達到其同伴質量20%的外來黑洞將會打破主要黑洞的平衡——無論它的轉速有多快。
加州大學聖芭芭拉分校的天體物理學家思考特·哈格思是一項即將完成的獨立分析項目的合作者,他得出了類似的結論:“如果沒有另一個像黑洞那樣大質量的物體撞擊它,讓質量極大的黑洞發生扭轉確實非常睏難。”米瑞特和埃剋斯估計,一個典型的巨大星係每10億年將會經歷一次令黑洞翻轉的撞擊——這足以令宇宙中每年發生一次此類事件。 在大多數情況下,星係碰撞 不會直接發生,且衹是損失一些星係外部的恆星,它們被強大的引力牽扯走,然後被拋擲到太空,留下星係內部的恆星浸淫在星係間的星海裏。若碰撞直接發生,結果會很戲劇化:兩個旋渦星係相撞,氣體圓盤被強烈的震撼力驅逐到空間裏,然後合併成更大更亮的星係,即形成一個不具氣體物質的橢圓星係。宇宙中的棒漩星係、不規則星係都是幾個星係碰撞 或相互影響的産物。小星係呈旋渦狀逐漸墜嚮最大的星係,直到被大星係“吞噬”掉為止,這些大星係則變得愈來愈大,繼續吞食比它們小很多的星係。
天文學家通過觀測星係的相撞,預示了人類所居住的銀河係死亡時的可能情景。距我們銀河係220萬光年的仙女座星係,是距我們最近的一個星係。而且是唯一可以用肉眼看到的蠃旋狀星係。仙女座星係正一步一步地嚮我們逼近。科學家預測,銀河係將在大約30億年後同仙女座星係開始“親密接觸”,並用十億年的時間融為一體。但是我們所在的太陽係並不會受到幹擾,因為即使在星係中恆星之間的距離也十分遙遠,並不會像我們想象中的那樣發生碰撞。 2007年8月7日消息,據美國《生活科學》網站報道,美國天文學家近日宣稱,他們最近藉助“斯皮策”太空望遠鏡成功觀測到四個巨大的星係團相互發生碰撞,並合併成一個人類迄今為止觀測到的最大規模的星係。
四星係碰撞 圖 根據觀測結果,這四顆巨大的星係至少有銀河係那麽大,每個星係包含了數十億顆恆星。天文學家預測,四星係碰撞 後將最終合併成一個單一的巨大星係,質量大小約為銀河係的10倍。
哈佛—史密森天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的研究小組成員Kenneth Rines表示,“如果這四個星係碰撞 合併完成,産生的新星係將是迄今為止發現的宇宙最大的星係之一。”在《天體物理學》雜志上,天文學家們公佈了他們的這項最新觀測成果。
Rines解釋了此次星係碰撞 過程,“我們知道的大多數星係合併通常類似於緊湊型轎車碰撞的場景。而這次我們觀測到的則好比四輛挖土卡車猛烈撞擊,致使灰土四處揚起。”宇宙中星係碰撞 是極為常見的現象。
此次星係碰撞 星係團,編號為CL0958+4702,距離大約50億光年。天文學家利用安裝在“斯皮策”太空望遠鏡上的紅外攝譜儀,觀測到包含四個水滴形狀的橢圓星係團發出罕見的扇形羽狀光。這四個星係中的三個有銀河係那麽大,另一個大小則相當於銀河係的三倍。在星係碰撞 期間,拋射出了數十億個較老的恆星,最終將有一半的恆星重新形成一個新的星係團。 右圖為由NASA斯必澤空間望遠鏡拍攝的照片,兩個銀河係星係排列成兩個動感的光圈,看上去就像是化裝舞會上的妖豔面具。
眼睛狀碰撞 神秘的冰藍“眼睛”
在這張紅外綫照片上,人們可以看到,在絢麗奪目的紅色面具下,藏着兩衹冰冷的藍“眼睛”。其實,這兩衹“眼睛”是兩個正在合併的星係的中心,NASA的科學家將它們分別命名為NGC 2207和IC 2163。很有意思的是,這兩個星係最近剛剛相遇,就開始像一見鐘情般開始繞着對方飛速旋轉。
在紅色“面具”上,點綴着許多璀璨的藍色“鑽石”,那是由許多新生星體的塵埃所組成,這種被天文學家稱之為“珠鏈”的現象據悉是第一次在NGC 2207和IC 2163這兩個星係出現。