為什么銀河系在轉動

 

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在浩瀚的宇宙中,太陽系所在的銀河系是一個漩渦星系,常常引起人們幻覺的是,如此大規模的恒星群、氣體、行星和其他天體都是旋轉的,猶如風車一樣。不禁要問,這是為什么呢?

早年,天文學家對銀河系全面分析發現,銀河系還比較特別,中心有一個恒星組成的長達2.7萬光年的“恒星棒”,至少有10萬光年的半徑,而像這種中央區擁有類似棒狀結構的“同類分子”都被歸為棒狀漩渦星系(又稱棒旋星系)。

天文學家分析稱,當漩渦星系的引力密度波輸送的大量氣體進入到星系核心時,就會形成這種恒星組成的“棒”;與此同時,這也是恒星眾“新生子”的養料;更有那些幾乎在每個星系都盤踞著的大質量黑洞,亦不客氣地利用氣體攜帶來的“食物”而“大快朵頤”一番。

銀河系相當巨大,在其所處星系群中列居第二。它主要由質量和年齡不盡相同的數以千億計的恒星和星際介質(氣體和塵埃)所組成。它們大都密集地分布在銀河系對稱平面附近,其余部分則散布在銀盤上下近于球狀的銀暈里。

恒星和星際介質在銀盤內也不是均勻分布的,而是更為密集地分布在由銀河中心伸出的幾個螺旋形旋臂內,成條帶狀。一般分布在旋臂內的恒星,年輕而富金屬。而散落在銀暈里的恒星則是年老而貧金屬的。其中最老的恒星年齡達150億年,有的恒星早已衰老并通過超新星爆發將內部所合成的含有重元素的碎塊連同灰燼一起噴射到銀盤上。

由于在棒旋結構星系中,上了點年紀的紅色恒星要遠多于年輕的藍色恒星,天文學家進一步預測認為:在中央出現了一根棒狀結構,意味著該旋渦星系已走過了作為高產出的“恒星工廠”階段,就像人從青年期正穩步邁入中年期一樣,正如我們所在的銀河系。而在整個宇宙尚且年輕之時,旋渦星系中具有棒狀結構的不超過1/5,而現在棒旋星系的比例超過了2/3,這種觀測結果無疑與天文學家作出的理論預測相符。

棒旋星系在運動方面的特征是,核心常為一個大質量的快速旋轉體,運動狀態和空間結構復雜,棒狀結構內部和附近的氣體和恒星都有非圓周運動;星系盤在星系的外部似乎居主要地位,占星系質量的很大一部分。

那么,為何這樣大規模的恒星群、氣體、行星和其他天體如同風車一樣在旋轉?根據美國國家射電天文臺觀測,它會每秒270公里的速度飛馳,大約需要2億年完成一次旋轉。這是為什么呢?

首先,弄清太陽系圍繞銀河系中心繞上一周需要多長時間。根據美國國家地理雜志稱,大約是2.25億年。也就是說,我們現在所處的位置與恐龍開始在地球上出現時所在的位置重合。

然后,科學家使用一組射電望遠鏡甚大基線數組繪制這個自旋狀況。據美國國家射電天文臺觀測,研究人員觀察了恒星形成的地方,特別注意到那些區域,氣體分子增強了無線電發射。

隨著地球在其軌道上移動,這些分子的變化可以映射更遠處的物體。測量這一轉變顯示出整個星系是如何轉動的,甚至可以提供關于銀河系質量的信息。

據物理學家組織網近日報道,天文學家假設,如果我們回到早期的宇宙中,一些地方有大量的氫和氦,密度比其他地區濃厚。在密集的地區,在星系形成初期,氣體聚集;最厚的區域坍塌成星形物。

研究人員說:“這些恒星很快燃燒成為球狀星團,但重力使其繼續崩潰成云,接著,它們形成旋轉盤。這個旋轉的盤,憑借著重力,吸引了更多的氣體和塵埃,形成盤狀星系。在盤內,新的恒星形成。而保持在原來云的裙邊是球狀星團,以及由氣體、塵埃和暗物質組成的光環。”

換一個簡單的方式思考,如果你把面團向空中如擲球般拋出,面團自旋產生一個扁平的圓盤,像一個披薩,正如你在銀河系中觀察到的比較復雜的形式,更不用說其他星系了。