银河系内外区域的恒星形成过程,对星系演化起到了怎样的作用?

星系的演化与恒星形成过程有关

事实上,宇宙中客观存在的所有物质形态,都会因为时空的变化而发生改变,而一个星系的演化便主要体现在它的光度、密度和其他特征量的变化上。众所周知,当我们将一个存在体称作星系的时候,那就说明该物体至少存在两个以上(包含两个)星体,并且,它们的运动方式也是规律的围绕着同一个中心进行旋转。


简而言之,像银河系这样有“中心”,并有多个物质形成的星体围绕该中心旋转的存在体,便是所有星系的共有属性。当然,一个星系也是从形成之日开始,它就从未停止各个演化阶段的更替,而恒星的形成过程便是推动星系演化的重要部分。并且,恒星的诞生往往又不只取决于星系内的环境,同时还与星系间的某些事件有关。

或许有不少人都不了解,虽然星系之间发生的碰撞事件是宇宙演化的一部分,但这一过程同时还促进了星系自身的生长,并导致了星系中新一轮恒星形成过程的发生。而从本质上来讲,这是因为星系中有了新注入的尘埃和气体。那么,分别位于银河系内外区域的恒星形成过程,它们又对星系演化起到了怎样的作用呢?

银河系内恒星的形成-从猎户座星云到OB恒星的分布

相信不少人都有所涉猎,星云往往是恒星大量形成的地方,我们经常将其称为“恒星苗圃”。而位于我们银河系之内的猎户座星云,其恒星的形成过程正在活跃地进行着。并且,亮度大、质量大和寿命较短都是它们具有的一致特征。

对于我们人类来说,或许一百万年是一个很长的时间段,但如果将其至于宇宙的时间尺度上,那这些恒星消失的速度则很快,以至于它们都来不及在自己的诞生地徘徊。但也正由于它们属性中的亮度值较大,所以,这才让研究人员更容易观测到它们的存在。

位于银河系中的OB恒星的分布,对星系的演化也起到了重要的推动作用。

在之前的很长一段时间里,人们一直对为何有如此多的明亮恒星位于夜空之中感到疑惑。直到一位叫做本杰明·古尔德的天文科学家在对OB恒星进行研究后才发现,原来这些明亮恒星中的很大一部分,它们都与银河系平面保持着大约20度的位置关系,而它们的位置就在银河系的部分环内。于是,璀璨星空的谜团就此揭开,并将其称为古尔德带。

然而,时至今日,我们也尚未弄清古尔德带是因为什么原因形成的。由于一些与古尔德带相似的恒星形成带,科学家们也曾在其他星系中观测到类似结构。所以,曾有不少科学家猜测,古尔德带始于银河系中分子与暗物质的碰撞过程。简而言之,位于银河系中的特殊恒星形成区域古尔德带,它的诞生应该源于暗物质碰撞。

上图所示信息为:诞生原因成谜、位于银河系之中的古尔德带地区

然而,从科学家们对“盖亚数据”进行分析得出的研究结果来看,位于银河系中的古尔德带,它的形成并非之前大家以为的那么简单。在新的研究过程中,研究人员还对位于该地区内的恒星位置,以及活动情况进行了详细绘制,并形成了一副包含星际气体和尘埃的3D地图:

1.关于古尔德带的准确位置,它的跨越宽度达到了9000光年左右,而它分别在银河平面上下区域的起落距离,也都在500光年左右;

2.位于古尔德带的恒星苗圃,其排列结构并未遵循常见的环形特征,而是一个狭窄的正弦曲线区域;

3.像灯丝一样的复杂结构,对古尔德的某些特征进行了掩盖,而呈现出的这种涟漪效应,似乎预示着某些外部物质与我们的星系发生了碰撞。

通过盖亚号航天器捕获到的数据,科学家们对银河系中十亿颗以上的恒星进行了绘制。

为什么银河系外的存在体会导致星系内形成恒星?

结合现有研究数据来看,我们的银河系很可能在之后的时间里与大小麦哲伦星云,以及仙女座星系发生合并事件。而那些在我们银河系郊区范围内所形成的恒星,科学家们认为很可能是始于银河系和其他矮星系发生合并所导致的结果。比如,一个位于银河系晕圈外围的年轻星团Price-Whelan 1。

星系碰撞事件并不罕见,人马座矮星系和原始银河系的碰撞证据被盖亚任务发现。

事实上,由于恒星之间的实际距离较远,而它们在天空中的位置又呈现出聚集的特征,所以即便是科学家们也需要耗费一番功夫,才能确定该恒星团是否位于银河系的范围之内。而且,即便是当时位置比较接近的恒星,它们也可能会在之后的时间里往不同方向进行移动。

所以,科学家们也需要借助天体测量法(恒星位置随着时间的递进发生了怎样的变化),来确定哪些恒星是真实聚集在一起的。在过去的数年时间里,盖亚任务已经收集到了17亿个天体的数据,其中包括了它们的距离、运动和位置等信息。虽然,在这个观测过程中曾出现了好几个年轻恒星集群,但需要将其中已知的部分排除。而位于银河系远郊、拥有1.17亿年左右年龄的年轻恒星团Price-Whelan 1被最终确认。

通过复杂的天体测量法和数年时间的观测,年轻星团Price-Whelan 1的位置得到确认。

虽然,年轻星团Price-Whelan 1内所包含的恒星数量不到数千颗,甚至比我们银河系中已知的所有年轻恒星都要遥远,但它们却对银河系的外部区域带来了很大的影响。而且,位于银河系光晕中的Price-Whelan 1星团,其位置并不在银河系的旋臂上。尽管它的质量很大,但亮度却比位于旋臂上的恒星昏暗得多。

与此同时,在这个银河系的外部区域,同时还存在着一条天然气河,科学家们将其称为麦哲伦流,而向着银河系方向延伸、形成LMC和SMC最外边缘的正是它。并且,金属贫乏的麦哲伦流,明显不同于该区域的其他气体云。在之后的时间里,研究人员对位于该星团中的亮度最大的27颗恒星进行了金属含量的分析,并得出了其金属特征的构成情况与麦哲伦星系相似的结果。

通过盖亚任务对大麦哲伦星云的观测,我们知道了它是与银河系距离最近的星系之一。

科学家们在结合现有数据和分析之后得出结论,Price-Whelan 1星团的形成,跟麦哲伦流中气体穿过银河系的光环有关。简而言之,由于我们的银河系本身就存在引力,当气体穿过银河系光晕的时候便产生了阻力。并且,这股力量的强度达到了可以让气体被压缩至坍缩,从而导致了新恒星的形成。在之后的时间里,恒星又逐渐的移动到气流之前,然后进入了外银河系,从而导致了银河系内恒星数量的增加。

不同区域形成的恒星如何作用于银河系的演化?

不同于其他星系,银河系、太阳系和我们人类生活的地球,彼此刚好是包含和被包含的关系。除了对宇宙未知领域的好奇之外,我们更关心自己所在的世界将会在之后的时间里经历怎样的演化。而预知未来的唯一途径,便是了解其曾经经历了怎样的演化,尤其是其重要组成部分恒星的变化情况。

毋庸置疑,虽然一个星系中包含了很多物质形态,但恒星这样的存在体又在星系的演化中扮演了重要角色。在人类对宇宙的认知还很局限的时期,我们曾以为恒星的形成只不过是简单引力过程的作用结果。但是,通过长期以来的探索和分析,我们知道了恒星的形成过程,其实是很多相互作用所共同导致的结果。

比如,当星系内一颗恒星形成的时候,如果它同时还通过星际介质发出了冲击波,那么,这一现象又可能会导致其他恒星的形成。而不管是矮星系和银河系之间的合并过程,还是超星系和银河系之间的碰撞事件,也都有可能会导致银河系内形成新的恒星,或新形成的恒星移动到银河系的范围之内。

如果我们人类想对银河系的演化有足够了解,这就要求我们不仅要关注银河系内的一切变化,同时还是密切观测其附近区域的情况。比如,我们对年轻星团Price-Whelan 1的研究,便让我们对银河系和麦哲伦流之间的距离得到了有效限制。即:银河系和麦哲伦星系的边缘距离应该在9万光年左右,这让我们对银河系演化的理解又更进了一步。

因为,在这一项研究结果出来之前,我们曾预测麦哲伦星系的边缘,与我们的银河系大约相距18万光年左右。与此同时,年轻星团Price-Whelan 1的确认,还揭示了古老的银河系是否曾与麦哲伦星云发生过碰撞:这两个天体不管是在过去,还是之后,都不太可能发生正面碰撞,而是在彼此交换物质的过程中逐渐合二为一。

简而言之,如果麦哲伦流与我们银河系前臂之间的距离更近,这便意味着麦哲伦星云与银河系之间的合并事件,会发生的比我们当前模型所预测的时间更提前。事实上,现阶段银河系内气体的消耗和补充速度本就不平衡,而这些因为合并而进入星系的多余物质,也就是这些被并入银河系的气体和尘埃,将会导致银河系内形成更多的恒星。

作者:石兰(抄袭必究)