星际动物园:星系碰撞的图景
星系碰撞是宇宙间最壮丽最震撼的景观。当两个星系之间产生引力,就会发生一些宇宙“连环撞车”事件。这些星系可能环绕对方数十亿年,在运转的过程中产生奇异的空间扭曲和美丽的恒星轨迹,最终,在一次“强劲的拥抱”中彼此碰撞。
宇宙大爆炸数亿年后,迎来了第一次星系重组。星系间的碰撞在塑造宇宙历史方面影响深远。乔治梅森大学的一位天文学家柯克·伯恩形容道:“小的星系合并,变成更大的星系,就像滚雪球一样越滚越大,直到形成今天的宇宙。”
由于星系之间遥远的距离,它们正面发生碰撞的概率很低。但引力能把恒星抛出原有的轨道,将范围内的星系揉捏成形。每个星系中的气体和尘埃会摩擦升温,这些星际物质通常结合成巨大的分子云,最后触发恒星的诞生。恒星诞生率在这里百倍增长。
而这些巨大的恒星形成过程中产生的光亮,又使得天文学家能够观察到遥远光年之外的星系合并,帮助他们了解宇宙早期形成的历史。对星系合并的深入理解则可以为我们提供关于宇宙起源的宝贵信息,让我们知道自己所在的星系——银河系是怎样形成的。
银河系由很久以前合并的祖星系衍化而来,按照目前的运行轨迹,预计40亿年后与它的邻居——仙女座星云(Andromeda galaxy)相撞。模拟实验证明,地球和太阳系不会在这次碰撞中毁灭,但太阳可能会被抛入一个全新的银河区域。
伯恩与其他一些天文学家同是“星际动物园计划”的成员,这项计划令科学家和业余爱好者可以在线协作,分析天文望远镜的数据集以及分类星系并观察它们的运行轨迹。而伯恩的专长是研究星系间的碰撞。
他们的网站上有一个在线Java小程序,可以模拟星系间的碰撞,只要输入相关参数,如星系的大小、碰撞速度和角度等数据,就可以观看华丽的星系碰撞了。这个程序的目的是探索真实的各类星系碰撞的初始条件。“星际动物园:合并计划”的领导人兼天文学家约翰·沃林称,该项计划的志愿者已经进行了300余万次模拟天体实验,发现了可以用来描述54个真实星系碰撞的模型。
这项计划的原始数据最近在新墨西哥州圣达菲的一个宇宙学车间公布,目前他们仍在寻求更多帮助。志愿者可以参加“兼并战(Merger Wars)”,对比模拟实验结果,看谁的实验更能反映真实的星系碰撞。
下面请欣赏这些绝对震撼的星系碰撞图片(图片来源:NASA,ESO)。
一、触须星系(Antennae Galaxies)
最宏大壮观的星系合并之一就是触须星系。它位于距地球约6200万光年的乌鸦星座(Corvus),上面这幅图片包含了如珠宝般闪烁的恒星、红外线和X光波。自从触须星系一亿年前开始合并成形,发生碰撞的星系中一方就几乎被另一方完全席卷而入,这也引发了一场大规模的恒星形成期。
二、马约尔天体(Mayall's Object)
图中星系碰撞的一方正将另一方吞噬,它被科学家称作马约尔天体,位于距我们约5亿光年的大熊星座(Ursa Major)。当两个母星系首次发生碰撞时,就形成了这奇特的环尾形状,并将星系中的物质吸入环形中央,产生的冲击波向外围扩散,形成了巨大的“戒指环”。
三、双鼠星系NGC 4676(Mice Collision)
双鼠星系也称NGC 4676,在星系合并的最早阶段就开始相互碰撞融合。其中一个星系的外围旋臂扫过另一个星系,形成了一道向右伸出的长长的恒星尾迹。双鼠星系位于后发座星群(Coma Berenices),距地球约3亿光年。
四、怪异的Zw II 96星系(Bizarre Shape)
上图的碰撞星系被称作Zw II 96,它的怪异形状可能是我们的观测角度造成的。它位于距地球5亿光年的海豚星座(constellation Delphinus)。
五、太空帆船ESO 593-8(Feather Merger)
图中绚丽的星系碰撞场景就像一只精美的帆船在宇宙之海中遨游,这就是被称作ESO 593-8的天体,位于距地球6.5亿光年的射手座星群(Sagittarius)。
六、双重螺旋星系Arp 87(Double Merger)
图中两个巨大的螺旋星系在引力的相互作用下发生扭曲碰撞。该星系被称为Arp 87,位于距我们约3亿光年的狮子座(Leo)。我们可以看到其中一个星系的恒星、气体以及尘埃正向另一个星系缓慢流动。
七、尘埃天体AM1316-241(Dusty Merger)
这幅图中的星系碰撞被前景星系中的尘埃遮住了大半——该星系被称为AM1316-241,位于距我们约4亿光年的长蛇座(Hydra)区域,由两个星系碰撞产生。背景灯穿过这些尘埃时呈现红色。
八、处在碰撞早期阶段的2MASXJ09133888-1019196(Early Merger)
这两个星系相距大约13万光年,被称作2MASXJ09133888-1019196。但从目前的形势来看,它们正在引力的作用下缓慢起舞、逐步靠近,终有一天会合为一体。它位于距我们约7亿光年的长蛇座区域。
九、宇宙猫头鹰ESO 148-2(Cosmic Owl)
这座奇异的天体被称为ESO 148-2,正面看上去有些像半翅类水虫。它位于距我们约6亿光年的位置,而它奇怪的形状正是由于星系合并造成的,激烈的碰撞使得这两个星系形成了一个共同的中央“躯体”,大量的物质被卷入两只弯曲的“翅膀”中。
十、相连的手臂NGC 6050&IC 1179(Linked Arms)
星系NGC 6050与 IC 1179位于距地球约4.5亿光年的五仙座星群(Hercules),是五仙星系团的一部分,与其他一些星系共同组成“超星系团围墙”。图中,两个巨大的螺旋形漩涡正不断向彼此靠拢,数之不尽的恒星流则组合成它们的“手臂”。这是宇宙中已知的最大天体。
十一、处在碰撞中期阶段的NGC 520(Middle Merger)
图中是处在星系碰撞合并中期阶段的NGC 520,位于距我们约1亿光年的双鱼座(Pisces)。两个母星系的“躯干”部分差不多已经融为一体了,但它们各自的中央核心部分依然清晰可见。科学家推测,这场碰撞大约在3亿年前就开始了。该星系是夜空中最明亮的星系组之一。
十二、镜面反射天体NGC 5331(Mirror Image)
上图中的天体名为NGC 5331,位于距地球约5.4亿光年的处女座星群(Virgo)。处在碰撞初期的NGC 5331星系呈镜面反射形态,十分有趣。
十三、星际四重奏ESO 255-7(Galaxy Quartet)
图中,四座星系以优美的弧度首尾相连。这就是被称作ESO 255-7的合并星系,位于距地球约5.5亿光年的船尾座(Puppis)。其中三座星系清晰可见,只有最上方的一段天体是由两个星系组成的,它们已经融合的差不多了。
十四、滑板星系UGC 8335(Skater Galaxies)
通过一段长长的恒星桥连接,UGC 8335合并星系中的两个原星系在引力的作用下相互尽力推搡。这场碰撞发生在距地球约4亿光年以外的大熊星座(Ursa Major)。
十五、强势吞并NGC 6621&NGC 6622(Strongly Interacting)
处在右边的是NGC 6621星系,左边的则是NGC 6622星系,它们位于距地球约3亿光年的天龙星座(Draco),合并时间约有1亿年。两座星系在引力的巨大作用下相互攻城略池,形成了一道恒星长尾,同时触发了一连串的恒星诞生。
十六、廷克贝尔三胞胎(Tinkerbell Triplet)
这也许是最可爱的星系合并了——廷克贝尔三胞胎是三个星系碰撞重组成的天体,位于距地球约6.5亿光年的位置,我们在图中看到的是可见光和红外线波段的叠加。
(来源:凤凰艺术)
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