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Sep. 22 2023

星系無法從周遭吸入星際物質時,將無法再形成新恆星

  • 藝術家筆下所展現,星系近旁已冷卻、聚積的星系間星際物質,因密度增加而受到星系的重力吸引,會沿著宇宙網細絲狀的重力井路徑流回星系中。圖片來源:ESA–AOES Medialab

    藝術家筆下所展現,星系近旁已冷卻、聚積的星系間星際物質,因密度增加而受到星系的重力吸引,會沿著宇宙網細絲狀的重力井路徑流回星系中。圖片來源:ESA–AOES Medialab

  • 天文學家在觀測活躍星系核心的過程中,發現環繞星際物質的存在。圖片來源:Universe Today

    天文學家在觀測活躍星系核心的過程中,發現環繞星際物質的存在。圖片來源:Universe Today

  • 星系的星際物質與氣體循環示意圖,若氣體被拋至環繞星際物質處,會較快沉降回星系中。若被拋射至較遠的星系間吸際物質處,需要冷卻聚積至一定程度,再經由宇宙網所形成的細絲狀重力井流回星系中。圖片來源:Universe Today

    星系的星際物質與氣體循環示意圖,若氣體被拋至環繞星際物質處,會較快沉降回星系中。若被拋射至較遠的星系間吸際物質處,需要冷卻聚積至一定程度,再經由宇宙網所形成的細絲狀重力井流回星系中。圖片來源:Universe Today

  • 星系中央的超大質量黑洞,可以將星系中的氣體拋射至較遠的星系間星際物質處。

    星系中央的超大質量黑洞,可以將星系中的氣體拋射至較遠的星系間星際物質處。

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星系,可以說是宇宙中由許多恆星所組成的集團。但是除了恆星之外,星系中含有更多無法直接看見的氣體與星際塵埃。經由天文學家持續的研究發現,星系除了會不斷地從周遭吸入星際物質,更會藉由各種天體上的演化過程,將氣體拋回星系周遭的空間之中。

藝術家筆下所展現,星系近旁已冷卻、聚積的星系間星際物質,因密度增加而受到星系的重力吸引,會沿著宇宙網細絲狀的重力井路徑流回星系中。圖片來源:ESA–AOES Medialab

藝術家筆下所展現,星系近旁已冷卻、聚積的星系間星際物質,因密度增加而受到星系的重力吸引,會沿著宇宙網細絲狀的重力井路徑流回星系中。圖片來源:ESA–AOES Medialab

這一切可以從宇宙的誕生看起,當宇宙降溫至原子核可以捕捉住電子,形成原子的時候,充滿宇宙的電漿瞬間被氫、或少量的氦原子氣體所取代。當時的宇宙中遍布氣體,並沒有恆星或星系。直到宇宙誕生後約135億年的現在,雖然在宇宙中許多地方都夠看到星系與恆星的身影,但是在星系中,大多數的物質仍然還是氣體和塵埃。

星系中氣體分布其實是向外延伸至星系四周的,分為較靠近星系的環繞星際物質(Circumgalactic medium,簡稱CGM),以及離星系較遠的星系間星際物質(Intergalactic medium,簡稱IGM)。星系中形成的恆星在由誕生至死亡的過程,例如超新星爆發,會將氣體與塵埃拋向星系四周的空間。其中外拋速度較高的,例如被星系中央的大質量黑洞所拋射的物質,就會流動到距離星系較遠的星系間星際物質處。而外拋速度較慢者,就會停留在環繞星際物質處。這裡的氣體,不但重金屬含量較高,密度也比星系間星際物質高約1000倍。

天文學家在觀測活躍星系核心的過程中,發現環繞星際物質的存在。圖片來源:Universe Today

天文學家在觀測活躍星系核心的過程中,發現環繞星際物質的存在。圖片來源:Universe Today

拋射至星系周遭的星際物質,由於溫度比星系中的氣體高,所以密度較低,會因星系本身重力場的分層作用而停留在星系外圍空間。而當氣體逐漸冷卻而密度漸增時,就會開始向星系沉降而被重力吸回星系中,成為新的恆星形成材料,如此周而復始,形成一個循環過程。

星系的星際物質與氣體循環示意圖,若氣體被拋至環繞星際物質處,會較快沉降回星系中。若被拋射至較遠的星系間吸際物質處,需要冷卻聚積至一定程度,再經由宇宙網所形成的細絲狀重力井流回星系中。圖片來源:Universe Today

星系的星際物質與氣體循環示意圖,若氣體被拋至環繞星際物質處,會較快沉降回星系中。若被拋射至較遠的星系間吸際物質處,需要冷卻聚積至一定程度,再經由宇宙網所形成的細絲狀重力井流回星系中。圖片來源:Universe Today

星系中央的超大質量黑洞,可以將星系中的氣體拋射至較遠的星系間星際物質處。

星系中央的超大質量黑洞,可以將星系中的氣體拋射至較遠的星系間星際物質處。

經由天文學家研究後發現,這樣的星際物質循環,在物質轉換成能量散失,或者因部分氣體外流至遠處的過程而逐漸損失。終有一天,氣體流動的循環將永遠停止。此時星系無法再誕生新的恆星,因此恆星演化的循環也將終止,星系中的恆星最後也會逐漸熄滅。

 

資料來源:Universe Today

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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