最新研究：宇宙網內的不同環境對恆星形成活動的影響

文：鄭娟娟

在《尋找下落不明的暗物質，以及謎一樣的暗能量》一文中，我們提到了上世紀80年代末，哈佛-史密森天體物理中心發現了星系巨牆（The GreatWall）。在巨牆處，星系團和超星系團匯聚成一條延伸十多億光年的線，這是宇宙中最大的已知架構，一種星系鏈。巨牆間平均距離4億光年，其間沒有星系，被稱為〝空洞〞（void）。2000年後，科學家們又開展了紅移巡天、數字巡天等項目，為研究宇宙的大尺度結構提供了重要資料。

在這樣的觀測基礎上，科學家們認為，從大尺度來看，宇宙就像一個網狀物，由眾多星系、暗物質和氣體（可以形成恆星）構成龐大「宇宙網」（cosmic web）。並且他們認為，暗物質的引力作用支配了這張宇宙網的形成——由「普通」的重子形成的物質落入暗物質暈（darkmatter halo），經年累月，形成星系。

宇宙網，由大量稠密的星系團以長絲（filament）線型結構相互交織而組成，這些宇宙「長絲」（filament）形成宇宙網的主幹，承載了宇宙大部分的質量，並是恆星形成的主要場所。

來源：http://www.sciencedaily.com

雖然有充分證據表明環境塑造和指導星系的演化，但依然不清楚的是，從更大的宇宙網內來看，星繫到底是怎樣運轉的（behave）。

加州理工學院與加州大學河濱分校的天文學家們聯合協作，對宇宙不同時期形成的「長絲」內的星系性質，進行了廣泛的研究。

2月28日，研究形成的論文在《天體物理學雜誌（The Astrophysical Journal）》上發表，題目是《Cosmic Webof Galaxies in the COSMOS Field: Public Catalog and Different Quenching forCentrals and Satellites》。

天文學家們使用了宇宙場（COSMOSfield）中的4000個星系作為樣本——宇宙場是一片大而連續的天空，擁有足夠深的數據來觀察非常遙遠的星系，對其中的個別星系有著非常精確的距離測量。宇宙場所覆蓋的巨大區域允許人們在宇宙網內採樣不同密度的體積。

來源：COSMOS field

科學家們開發了特別的技術來識別宇宙的大尺度結構，他們對宇宙網的組成部分進行了劃分：團（clusters）、長絲（filaments）和稀疏區（sparse regions）；然後，星系被劃分為兩類，一類星系屬於當地環境的核心（central to their local environment，中央星系，是引力的中心區），一類星系則屬於在宿主環境中漫遊（roam around in their host environments，又被稱為衛星星系satellites）。

「這項研究的特別之處在於，觀察的數千星系位於不同的宇宙長絲中，跨越了宇宙年齡的一個重要部分，」Behnam Darvish說，他是加州理工的博士後研究員，並且是該論文的第一作者，「當我們考慮遙遠的宇宙時，我們向回看，當時的宇宙網和長絲比現在的更加年輕，並未完全演化，因此，我們可以研究宇宙的大尺度結構和與之有聯繫的星系間的聯合演化過程。」

研究人員測量了位於不同環境的星系中的恆星形成活動。

「令人安慰的是，我們發現，恆星形成活動的平均水平，從宇宙網中的稀疏區（sparse regions）到密度適中的長絲（filaments），再到密度很大的團（clusters），呈現下降的趨勢，」加州大學河濱分校物理和天文學系教授 Bahram Mobasher說，「然而，令人驚訝的發現是，對於衛星星系（satellite galaxies）來說，這種下降呈現特別急劇的趨勢。」

他強調，「據此，可以得到的一個不可避免的結論是，在過去的50億年中，大多數衛星星系比較快地停止了恆星形成活動，而對中央星系（centralgalaxies）來說，這樣的過程要緩慢的多。」

那麼，如何理解衛星星系如此快速地停止了恆星形成活動呢？天文學家們給出的解釋是衝壓力剝離（ram-pressure stripping），即，當一個星系在比其自身密度更大的環境中運行時，星系內的恆星形成氣體就會丟失。

「與中央星系相比，由於衛星星系的質量相對較小，進而產生的引力拉力也較小，因而導致了更有效的氣體流失，於是，相對於更大質量的中央星系，衛星星系的恆星形成呈現減慢趨勢。」加州理工學院天文學教授Chris Martin如是說。

此項研究僅僅是未來更大容量和更深入調查的先行一步，未來的研究將會觀測宇宙中更加黯淡、更加年輕的星系。研究由美國宇航局資助。

部分內容編譯自：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170306144607.htm

論文訪問地址：https://arxiv.org/abs/1611.05451

轉載請註明作者和出處，謝謝合作。