询问星系的年龄是不礼貌的。幸运的是,它的形状提供了线索。

询问星系的年龄是不礼貌的。幸运的是,它的形状提供了线索。

星系的形状多种多样,从螺旋风车到扁平煎饼再到圆球。如今,天体物理学家发现这些形状可能揭示有关星系年龄的线索,这一发现反过来可能让我们了解星系随时间形成和演化的戏剧性方式。

先前的研究表明,星系的三维形状可能蕴含着有关其历史的重要线索。例如,先前的计算机模拟显示,当星系碰撞时,富含气体的星系合并应该会产生形状更圆的新星系。

为了阐明星系形状与其形成和演化之间的联系,研究人员仔细研究了澳大利亚赛丁泉天文台英澳望远镜的数据。悉尼大学天体物理学家杰西·范德桑德说:“过去几年,我们收集了超过一千个各种类型星系的三维测量数据,这些星系的质量相差一百倍。”他和同事刚刚在《自然天文学》杂志上发表了他们的研究成果。

直接测量遥远星系的三维形状是不可能的——天文学家最多只能看到遥远星系的平面二维图像。不过,科学家可以通过分析星系中恒星的运动来推断星系的三维形状。

范德桑德说,几乎所有星系基本上都是“压扁的球体”。现在科学家发现,“星系中的恒星越年轻,星系就越压扁,”他说。“星系中新诞生的恒星在薄而扁平的圆盘中开始它们的生命。较老的恒星大多位于大而蓬松的星系中。”

人们可以通过恒星的颜色粗略地判断其年龄——年轻的蓝色恒星会变老并变成红色。“颜色是我们衡量星系年龄的方法,”范德桑德说。

范德桑德说,科学家们早就知道“形状和年龄在非常极端的星系中是相互联系的——非常平坦的星系和非常圆的星系。”“但这是我们第一次证明它适用于所有类型的星系——所有形状、所有年龄、所有质量。”

其中包括像风车星系这样的奇特星系——比如我们的银河系——它既有蓬松的中心,又有扁平的圆盘。但即便如此,研究人员也发现,靠近中心的圆形部分拥有较老的恒星,而圆盘的螺旋臂则较年轻。

星系形状和年龄之间并没有明显的联系,“因此这种联系令人惊讶,可能表明存在着深层的潜在关系,”范德桑德说。然而,这种联系仍然不确定。是不是所有星系都是生来平坦的,随着时间的推移会变圆?还是早期宇宙中的星系生来就比较圆,而晚期宇宙中的星系生来就比较平坦?

一种可能性是“星系新形成的恒星位于一个薄盘中,”范德桑德说。“它们有序地围绕着圆盘移动,就像赛车在赛道上行驶一样。”

然而,随着星系的老化,它可能会经历灾难性事件,例如与其他星系的碰撞。“这些事件扰乱了恒星的运动,”范德桑德说。“星系不再像一个充满汽车的赛道,而更像一群蜜蜂。基本上,它变成了一个巨大而蓬松的恒星团,向各个方向飞驰。”

苏格兰圣安德鲁斯大学天体物理学家 Anne-Marie Weijmans 表示,科学家可以分析早期宇宙中的星系,以了解这种年龄与形状之间的关系如何。她未参与这项研究,但在《自然天文学》杂志上发表了一篇相关文章。然而,这个宇宙时代的光很难被看到——为了推断出如此古老星系的三维形状,科学家必须依靠中间星系强大的引力场,这些引力场会扭曲空间和时间的结构,就像强大的透镜一样,“这种情况很少见”,她说。

韦曼斯表示,未来的研究还可以研究“具有相似特性”的星系群。“在这种情况下,形状和年龄之间的关系是什么?这是否符合我们对这些特定类型星系的星系演化的想法?是否有任何例外或异常值?如果有,我们能理解原因吗?”未来事物的形状可能会带来更多关于星系的发现。

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