星系是如何在宇宙的网中成长的？

拓牛李强

一幅插图显示了一个被宇宙气体尘埃网困住的星系。（图片来源:Robert Lea（与canva共同创作））

（）据生活科学（罗伯特·李）：就像被困在媒体里会彻底改变一只苍蝇的生活一样，被困在广阔宇宙网中的星系也会发生巨大而不可逆转的变化。

现在，堪萨斯大学的科学家们正致力于更好地了解星系团在穿越不同环境的宇宙网络时形成的机制。

堪萨斯大学物理学和天文学教授格雷戈里·鲁德尼克正在领导这项工作，包括在计算机模拟中重建宇宙网络，然后研究星系在网络中移动时的气体含量和恒星形成特性。这项工作将使用来自DESI遗产调查、广域红外调查探测器（WISE）和美国国家航空航天局星系演化探测器（GALEX）的约14000个星系的图像；该小组将利用锡耶纳的0.7米平面波望远镜收集更多的观测数据。

鲁德尼克在一份声明中说:“这个项目的主要目标是理解环境因素对星系转变的影响。”“在宇宙中，星系分布不均匀，密度不一。这些星系聚集成由数百至数千个星系组成的大星系团，以及由数十至数百个星系组成的较小星系团。”

鲁德尼克指出，星系可以成簇或成群，或者它们可能居住在宇宙中更孤立、密度更低的区域，称为“场”。

尽管之前模拟宇宙网络和内部星系的研究将星系团和星系群与单独的星系进行了比较，但他们忽略了连接星系团的气体、尘埃和恒星的细长丝状结构。

Rudnick和他的同事将这条宇宙高速公路考虑在内，专注于星系遇到的丝状环境，星系最初是如何被引导成分组和星团的，以及丝状体如何影响它们的演化。



嵌有气体和尘埃细丝的星系的计算机模拟截图。（图片来源:Yannick Bahé）

鲁德尼克说:“星系沿着一条路径进入这些细丝，在发展成群体和星团之前首次经历了密集的环境。”“研究细丝中的星系使我们能够研究星系与致密环境的最初相遇。“

鲁德尼克补充说，大多数进入星系团“城市中心”的星系都是沿着宇宙网络“超级高速公路”进入的，少数星系走“乡村路线”进入星系团和星系团，而不会与周围环境产生太多互动。

鲁德尼克说:“细丝类似于州际公路，而这些通往密集地区的少有人走的路线类似于在堪萨斯州的乡村道路上行驶以进入城市界限。”“星系可以以细丝形式存在，也可以像串珠子一样成组存在于细丝中。事实上，宇宙中的大多数星系都存在于群体中。”

该团队希望，通过这种模拟，有可能深入了解环境对星系的影响，并解码星系在最常见的细丝和星系群中的行为。

诞生恒星的被困星系

KU团队所做工作的一个关键方面是评估宇宙网状细丝的条件如何影响超密度袋中气体的处理，科学家称之为“重子循环”。

因为恒星是在过于密集的气体和尘埃团坍塌时诞生的，重子循环的中断可以促进或阻碍恒星的形成，从而增加或减缓星系的增长。

“星系之间的空间含有气体。事实上，宇宙中的大多数原子都在这种气体中，而这种气体可以吸积到星系上，”鲁德尼克说。“这种星系间气体经历了转变为恒星的过程，尽管这一过程的效率相对较低，只有一小部分有助于恒星的形成。大部分以大风的形式排出。”

其中一些风成为从星系吹回太空的外流物，而其他风吹物质回落到其起源星系，被吸积并最终作为重子循环的一部分被回收。



昴宿星团:由气体和尘埃细丝连接的星系的集合。（图片来源:盖蒂图片社）

鲁德尼克解释说:“星系可以被概念化为重子处理引擎，从星系间介质中吸取气体，并将其中一部分转化为恒星。”“恒星会变成超新星，产生更重的元素。部分气体被吹出到太空中，形成银河喷泉，最终落回银河系。”

当星系遇到宇宙网中的致密环境时，它们可以通过主动从星系中剥离气体或剥夺其未来的气体供应来改变其内部压力并扰乱重子循环。

这导致位于星团中心的银河系恒星工厂，由于其原始的恒星诞生物质被冷却而缓慢停止。

鲁德尼克说:“这种破坏影响了星系对气体的吸收和排出，导致它们恒星形成过程的改变。”“虽然恒星形成可能会暂时增加，但几乎在所有情况下，最终都会导致恒星形成减少。”

该团队的模拟有望帮助科学家更好地理解重子循环，这是Astro2020十年调查中强调的未来十年的一个关键科学主题。

该研究还将包括到2026年对堪萨斯州和新泽西州高中学生的科学推广。这将包括为学校配备11台MacBook Pros，以便学生参与研究项目。