星系環境和星系質量對星系演化會產生什麼樣的影響?

"眾星羅列夜明深,巖點孤燈月未沉。"

公元618年唐代時期,詩人描繪這浩瀚的星空如棋子,排列在夜空這塊巨大的棋盤之下,讓夜空顯得更加神秘幽深,古時候的人名就對這一望無際的夜空充滿這嚮往,渴望能夠探、探索這深邃浩瀚的虛空。隨著時間車輪的滾動,經典物理學的建立,讓世間萬物不再那麼的陌生。

星系環境和星系質量對星系演化會產生什麼樣的影響?

星落棋盤

二十世紀初,經典物理學發生"危機",引發一場物理學的革命,布朗克在德國物理學會上報告結果、愛因斯坦創立相對論、海森堡、薛定諤等一群科學家創立量子力學,由此現代物理學誕生,人們突破侷限,開始探索更加微觀、宏大的事物,深邃浩瀚的虛空也在為我們一點點的揭開神秘的面紗。

伴隨著神秘面紗的揭露,人們經歷了以地球為中心的地心說,以太陽為中心的日心說,到現在認識到我們賴以生存的太陽不過是一個普普通通星系中一顆普普通通的恆星,我們在宇宙中的地位可謂是平凡到了極點。從古至今,平凡如我們這般的人類從沒有放棄對夜空的探索。

在二十世紀三十年代,Hubble發現年齡較為年長星系總是喜歡待在比較密集的星系群中,研究發現星系的物理特性跟他們這種抱團形式的成團性具有一定的相關性。

1、 星系團和星系群

物以類聚,人以群分,星星總是願意跟星星待在一起,相互之間互相吸引,讓十幾、幾十、上百上千的星系聚集在一起成為一個星系集團,這變成了星系團。而每一個獨立的星系都有一個統一的名稱,叫做團成員星系。若成員太少,便不能稱其為團了,我們要改稱他們為群,所以我們把成員數少於100的星系集團稱之為星系群。

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星系群


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星系團


星系團按照形態的不同分為兩類。一類是規則星系團,以Coma團為代表,具有球對稱的外型,又被稱為球狀星系團,在規則星系團中有一塊區域為星系高密度集中的中心區,包含許多星等量高於-16mag的星系。規則星系團內部組成星系大多數都是橢圓星系或透鏡星系,是強烈X射線的反射源。另一類則是不規則星團,又被稱為疏散星系團,星系團如星系名,成疏散狀,結構鬆散,沒有固定的形狀,也沒有如同規則星系團星等亮高與-16mag的中心區。兩類相較而言,不規則星系數量龐大,而我們所在的銀河系也屬於不規則星團。

2、 星系環境

得益於Hubble在1936年的工作,越來越多的科學家工作表明,在星系演化過程中,環境條件扮演著非常重要的角色。時至今日,星系物理性質及其與環境的相關性研究依舊是當下熱門的課題。

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星系團

當兩個星系之間速度臨近時,它們之間就容擦槍走火,發生併合或者相互作用。因此,併合和相互作用被視為影響星系演化的關鍵機制。

當一個非常龐大的星系集團靠近一個相對於小的星系集團時,大的星系集團會對較小的星系集團產生吸引,搶奪星系集團成員。

星系中的恆星的形成需要有冷的氣體。當星系進入星系團,這種冷氣體庫的供給就會不足,由於冷氣體庫的供給不足,星系就會逐漸停止恆星額形成,最終"餓死"。

等等,諸多的物理機制都會對星系演化產生影響。

星系環境和星系質量對星系演化會產生什麼樣的影響?

大小不同的星系集團

3、 如今星系團研究的進展及相關問題

通過前人對星系團的研究,如今,科學家對星系團掌握了足夠多的信息,伴隨著大規模巡天的出現,以及出現更加先進的觀察儀器,能夠獲取更多的星系團的信息,收集一個很大的星系團樣本,對其光度函數、子結構等性質進行統計性研究,研究星系的高紅移星系團,通過和近鄰星系團的相關性質進行比較,從中瞭解星系在星系團中的演化圖像。

研究高紅移星系團具有非常重要的意義。通過比較高紅移星系團和低紅移星系團的性質差別,人們可以更加清楚的瞭解團星系的演化圖像。

星系環境和星系質量對星系演化會產生什麼樣的影響?

藍色的地球

高紅移星系團算是低紅移團的"前輩",不同於近鄰星系團的性質相同,它們很多性質都不一樣,高紅移星系團中的恆星形成星系比例相較於近鄰星系團的偏大。所以,科學家們也將目標從近鄰星系團轉移到了高紅移系團,在進行高紅移處觀察時,由於高紅移星系較暗,難度增大,一般只做深度曝光觀察,然後根據星系的測光紅移來計算環境。高紅移環境的研究更主要是利用一下高紅移的巡天項目,探尋在更高紅移處,環境效應對高紅移星系演化的影響。

通過比較高紅移星系和近鄰星系的質量函數,科學家發現從高紅移到現在,大質量的藍序列星系的數密度在不斷的降低,同時紅序列星系的數密度在增加,種種跡象強烈暗示著有一部分的藍星系通過停止自己的恆星形成活動演化成紅序列星系。科學家最關心的問題就是,藍星系通過什麼樣的機制停止了自己的恆星形成活動?又是如何演化成為紅序列星系的?這是近些年來天體物理學的熱門課題。人們通常認為這種轉變是通過內外兩種機制進行的。Peng et al.(2010) 用一種實驗法法研究星系質量和環境條件導致的星系轉變,這兩種機制被稱為 mass quenching和environment quenching。

星系團作為宇宙總物質密度最高的區域,為星系的演化提供了一個純天然的實驗室,是天體物理研究的重要研究對象,其本身擁有的獨特性質,還能為宇宙學模型提供觀察約束。從星系團中心到星系團的外圍,其成員星系有著截然不同的物理性質,這說明,環境因素對星系演化有重要影響。對於星系環境的研究則是探尋星系團物理性質及其演化過程與其所處環境的聯繫。近年來SDSS等巡天提供了海量星系和星系團的相關物理數據。基於SDSS的數據,一大批數據向我們展示了在近鄰宇宙中,從最高密度的星系團中心,到最低密度的區域,星系是如何進行演化的。

在宇宙的不同時期,星系的演化與環境條件的關係如何?這是目前這一領域研究的熱點問題。但是目前可獲得高紅移星系的數據比較少,而在高紅移處,星系環境的測量有很大的困難,這也是制約環境方面研究的主要因素。

我相信,隨著科技的發展,更多更加先進的測量儀器的誕生,我們能夠更加準確的對高紅移處的星系環境進行一個測量,得到有效的測量數據,推算出星系演化與環境條件的關係,最終揭開宇宙中有一塊神秘面紗。


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