圖解:星系際空間絕不僅是一個(gè)空洞
證據(jù):如上圖
星系之間的巨大空隙能跨越幾百萬光年,看上去可能空空如也。但其實(shí)這些空間所包含的物質(zhì)遠(yuǎn)多于星系自身所包含的物質(zhì)。
圖解:發(fā)現(xiàn)號(hào)在1991年5月的STS-39航次中觀察到的極光,當(dāng)時(shí)的軌道高度為260公里。
美國科羅拉多大學(xué)的一名天文學(xué)家邁克爾·沙爾對(duì)《生活科學(xué)》雜志說到:“如果你在星系際空間內(nèi)取一立方米的空間,你可能只能得到一個(gè)原子;但如果你把這些全部加起來,那么它們占空間外所有普通物質(zhì)的50%-80%。”
圖解:年輕恒星獵戶座LL(中心)磁層與獵戶座大星云流碰撞時(shí)產(chǎn)生的弓形沖擊波
那么,這些物質(zhì)是從哪來的?在它們身上又發(fā)生過什么?(在宇宙大爆炸之前發(fā)生了什么?)
星系間的物質(zhì)通常被稱為星系際介質(zhì)(intergalactic medium),簡(jiǎn)稱為IGM。它們主要由熱的電離氫(失去電子的氫)及一些如碳、氧、硅等較重的元素組成。這些自身元素并不能發(fā)出可視的光,科學(xué)家知道它們的存在是因?yàn)樗鼈兘?jīng)過光線留下了的痕跡。
圖解:大麥哲倫星云中的恒星形成區(qū),可能是離地球銀河系最近的星系
在20世紀(jì)60年代,天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了類星體——它在遙遠(yuǎn)的宇宙中有著超乎尋常的亮度和活動(dòng)星系核。在此之后的不久,天文學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了類星體發(fā)出的光線有部分的缺失。缺失的部分被位于類星體和天文學(xué)家望遠(yuǎn)鏡之間的某種物質(zhì)吸收了——這物質(zhì)就是IGM氣體。
圖解:藝術(shù)家想像中的類星體ULAS J1120+0641與被喧染的吸積盤。這是一個(gè)非常遙遠(yuǎn)的類星體,由一個(gè)質(zhì)量是太陽20億倍的黑洞所驅(qū)動(dòng)。創(chuàng)建者:ESO/M. Kornmesser
之后的幾十年里,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了巨大的由氣體和重元素組成的網(wǎng)狀和絲狀物,這些物質(zhì)的總量超過了所有星系的總和。部分的氣體可能是宇宙大爆炸的遺物,但其中重元素暗示著另一部分氣體來自古老的星塵,由星系噴射而出。
處在宇宙極其遙遠(yuǎn)區(qū)域的IGM會(huì)隨著宇宙的膨脹最終與鄰近的星系分離時(shí),更多的“郊區(qū)”在星系進(jìn)程中發(fā)揮著巨大的作用。在星系引力的作用下,IGM以每年約一個(gè)太陽質(zhì)量(相當(dāng)于太陽的質(zhì)量)的速度緩慢積累著,這速度也是銀河系中恒星形成的速度。
沙爾還說到:“IGM氣體是星系中孕育恒星的搖籃,如果星系外沒有這樣的被引力吸入的氣體,恒星的形成就會(huì)慢慢地隨著(星系內(nèi))氣體的殆盡而停止。”
為了探測(cè)IGM,天文學(xué)家們也開始研究來自遙遠(yuǎn)星系的快速射電暴。通過研究這個(gè)以及檢測(cè)類星體光線,天文學(xué)家們繼續(xù)研究IGM的特性以確定它變化的溫度與密度。
沙爾說到:“通過測(cè)量氣體的溫度,我們可以得到關(guān)于它起源的線索,讓我們得知它是如何變熱,如何到那的?!?/p>
盡管氣體普遍存在于星系之間,但是它并不是那唯一的物質(zhì),天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了恒星的存在。這些星星有時(shí)被稱為星系際恒星或者流氓星(rogue star不知道怎樣翻譯更貼切),天文學(xué)家們認(rèn)為,這些恒星是由它們?cè)诤诙磁缘恼Q生星系或星系間碰撞拋出的。
事實(shí)上,在空隙中遨游的行星可能十分常見。一項(xiàng)在2012年發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》的研究報(bào)告稱,在銀河系的邊緣有超過650顆這樣的恒星,并有部分學(xué)者估計(jì),那里可能有數(shù)萬億顆。
羅切斯特理工學(xué)院的天文學(xué)家邁克爾·澤姆科夫在2014年的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了這些研究結(jié)果,并且告訴《生活科學(xué)》雜志“:我們的宇宙紅外背景實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:恒星發(fā)出的光中多達(dá)一半是由星系外的恒星發(fā)出來的,但不得不承認(rèn),目前并不是一個(gè)被廣泛接受的觀點(diǎn)。(有多少星系際恒星)是一個(gè)開放性問題”
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