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儘管星系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,星系之間的碰撞在星系演變過程中也是司空見慣的現象。由於星系中物質的分佈比較稀疏,所以星系碰撞(galactic collision)並非一般意義上的碰撞,而是一種引力交互作用。

星系碰撞「車輪」星系碰撞后的形成奇特的水母外觀

1 星系碰撞 -簡介

儘管星系常常被認為是很穩定的結構,但是從天文學的時間尺度來講,和星球之間的碰撞一樣,星系之間的碰撞在星系演變過程中也是司空見慣的現象。由於星系中物質的分佈比較稀疏,所以星系碰撞並非一般意義上的碰撞,而是一種引力交互作用。
  

星系碰撞的一種可能的結果,就是星系的合併。當兩個星系發生碰撞,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」向對方,在無數次擦肩而過之後最終合併成一個星系。另一方面,假如參與碰撞的一個星系比另一個大得多,那麼前者在碰撞后基本上能保持原樣,而後者則被撕裂,成為前者的組成部分。顯然,星系合併對原先兩個星系的形狀的影響比「大碰小」或「小碰大」要大一些

2 星系碰撞 -發現星系碰撞

2004年9月,歐洲XMM-牛頓天文台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系組成,另外一個中也包含有約300個子星系。兩個星團均位於長蛇座,距離太陽系大約有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:單個星體在星系總質量中所佔的比重均非常微小,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,星系間發生碰撞的情況並不罕見,但像這次同時出現數百個星系相互滲透、碰撞區域綿延超過300萬光年的情況還是頭一遭.

3 星系碰撞 -星系碰撞產物

星系碰撞在宇宙中相當普遍,也是星系演化的關鍵。但星系碰撞帶來的不是只有毀滅,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6800萬光年外觸鬚星系的恆星正被扯離軌道,旋臂也被拉碎。而觸鬚星系中心正誕生著新的恆星。
  

AM0644-741環狀星系 最近幾年,天文學家發現了一種極亮紅外星系。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系的強烈紅外輻射,它比銀河系的紅外輻射強100倍以上。天文學家估計,這些很亮的紅外光是由於星系相互碰撞時,塵埃物質將碰撞中產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年的時間裡對30億光年內的123個極亮紅外星系進行搜索,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。大量物質從星系的裂縫中出來,形成很長的隊列,物質收縮形成的多重核擠在一起,有時還可以看到星系相互結合的「巢」。這一結果表明了宇宙早期的樣子,那時的星系碰撞經常發生,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向地球傳送回編號為

星系碰撞AM0644-741環狀星系
AM0644-741環狀星系的獨特照片,該星系位於南半球劍魚星座方向距銀河系約3億光年的地方。看上去像一條鑽石項鏈的AM0644-741星系由年輕而又非常熾熱的恆星環組成,其直徑為15萬光年。該環狀星系是由兩星系碰撞而形成的,碰撞時其中一個星系恰好從另一個星系平面中穿過。巨大無比的引力衝擊改變了星系的結構,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。
  

環狀星系是星系間碰撞觸發大量恆星形成進而改變星繫結構的生動範例。它們代表了一類特殊的碰撞,一個星系(入侵者)徑直穿過另一個星系(靶子)的星系盤。在AM0644-741的這張照片中,由於視場太小而無法看到入侵者。
  

我們知道,星系就像一個個「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系中,恆星誕生的速度比普通星系快10倍以上。只需經過幾億年的時間,相互作用的星系中心附近就會誕生出許多新的恆星。

4 星系碰撞 -中子星的碰撞

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系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系列令人費解的巨型射線爆發,這些爆發被稱為伽馬射線爆發。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線爆發,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產生的;而「短爆發」,即不足1秒的伽馬射線爆發,產生的原因始終是個謎。
  

爆發信號強度很低,斯威伏特衛星只接收到11個光子,但是足夠讓地面望遠鏡判斷出爆發源大致方位。若干小時之後,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克亞山,口徑10米的「凱克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 億光年的星系邊緣。
  

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。

5 星系碰撞 -碰撞導致黑洞轉向

在《科學》雜誌上發表的一份報告指出,x形射電星系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系的黑洞而造成的。
  

大多數星系中都存在著特大質量的黑洞,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向太空中強烈噴射能量的巨型盤狀物。調查表明,大約7%的活躍的射電星系具有x形的,或者說是翼狀的噴射流。天文學家認為,這些特徵代表著中心黑洞的運動,與地球自轉軸隨時間的改變而移動的情況非常相似。
  

然而,最近某些翼狀星系的高解析度射電圖像卻顯示,在一對噴射流向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·埃克斯指出:「它不得不翻轉。」最可能的機制就是:在一次星系撞擊中,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困難。」米瑞特和埃克斯估計,一個典型的巨大星系每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。

6 星系碰撞 -星系碰撞後果

在大多數情況下,星系碰撞不會直接發生,且只是損失一些星系外部的恆星,它們被強大的引力牽扯走,然後被拋擲到太空,留下星系內部的恆星浸淫在星系間的星海里。若碰撞直接發生,結果會很戲劇化:兩個旋渦星系相撞,氣體圓盤被強烈的震撼力驅逐到空間里,然後合併成更大更亮的星系,即形成一個不具氣體物質的橢圓星系。宇宙中的棒漩星系、不規則星系都是幾個星系碰撞或相互影響的產物。小星系呈旋渦狀逐漸墜向最大的星系,直到被大星系「吞噬」掉為止,這些大星系則變得愈來愈大,繼續吞食比它們小很多的星系。
  

天文學家通過觀測星系的相撞,預示了人類所居住的銀河系死亡時的可能情景。距我們銀河系220萬光年的仙女座星系,是距我們最近的一個星系。而且是唯一可以用肉眼看到的螺旋狀星系。仙女座星系正一步一步地向我們逼近。科學家預測,銀河系將在大約50億年後同仙女座星系融為一體,從而導致銀河系以及其中的太陽系包括地球的完全毀滅。科學家形容說,銀河系就像將被推土機碾過的草屋一般,形骸無存。

7 星系碰撞 -星系碰撞奇觀

四星系碰撞

星系碰撞四星系碰撞奇觀

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系團相互發生碰撞,併合並成一個人類迄今為止觀測到的最大規模的星系。
  

四星系碰撞圖 根據觀測結果,這四顆巨大的星系至少有銀河系那麼大,每個星系包含了數十億顆恆星。天文學家預測,四星系碰撞后將最終合併成一個單一的巨大星系,質量大小約為銀河系的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,「如果這四個星系碰撞合併完成,產生的新星系將是迄今為止發現的宇宙最大的星系之一。」在《天體物理學》雜誌上,天文學家們公布了他們的這項最新觀測成果。
  

Rines解釋了此次星系碰撞過程,「我們知道的大多數星系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。」宇宙中星系碰撞是極為常見的現象。我們的銀河系註定將在50億年後和仙女座發生碰撞。
  

此次星系碰撞星系團,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系團發出罕見的扇形羽狀光。這四個星系中的三個有銀河系那麼大,另一個大小則相當於銀河系的三倍。在星系碰撞期間,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系團。

神秘的冰藍「眼睛」

星系碰撞眼睛狀碰撞

  

在這張紅外線照片上,人們可以看到,在絢麗奪目的紅色面具下,藏著兩隻冰冷的藍「眼睛」。其實,這兩隻「眼睛」是兩個正在合併的星系的中心,NASA的科學家將它們分別命名為NGC 2207和IC 2163。很有意思的是,這兩個星系最近剛剛相遇,就開始像一見鍾情般開始繞著對方飛速旋轉。
  

在紅色「面具」上,點綴著許多璀璨的藍色「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這兩個星系出現。
罕見的「珠鏈」奇觀
「這是我們所見過的最絢爛的『珠鏈』,」紐約Vassar大學的黛布拉·艾默格林博士說道,「它們是那麼均勻有序地分佈在星系的兩側。」 天文學家們推斷,「珠鏈」現象形成於兩個星系相遇之初。「兩個星系互相碰撞摩擦,使大量氣體和塵埃隨之旋轉,並且越積越厚。」NASA斯必澤科學中心的卡提克博士解釋道。他說,一旦這些物質濃縮成為厚重的珠狀雲,那時各種大小的星體就會在它們中間生成。
  

據悉,由於新生的熾熱星體在星雲中不斷加熱,致使星雲發射出紅外光波。因此,星雲在照片上就顯示為紅色,而星體則顯示為藍色了。如果仔細觀察,就會發現在「面具」的左側點綴著一顆特別碩大明亮的「珠子」,這個炫目的天體里充滿了塵埃物質。
  

NGC 2207和 IC 2163星系位於距地球1.4億光年外的大犬星群。在大約5億年後,這兩個星系將最終融合為一體,到時,如此絢麗的化裝舞會奇景將不復存在。

8 星系碰撞 -相關詞條

天文
地理
黑洞
宇宙
自然

 

 

 

 

 

9 星系碰撞 -參考資料

1.http://www.astron.sh.cn/
2.http://tech.sina.com.cn/d/2006-10-18/10491189820.shtml
3.http://www.skylook.org/info/info/info_2454.html
4.http://www.pahc.gov.cn/E_ReadNews.asp?NewsID=537
5.http://www.donature.com/jingcaipianzhang/2008-8/xxdpz.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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