“从星开始”的星系如何失去造星机能

有些星系似乎停止了新恒星的锻造过程，可以将星系看成是制造恒星的“时间机器”，大量的恒星在星系内制造出来，星系通常含有丰富的冷氢气体，冷气体的块状星云在自身引力的作用下开始塌缩，凹陷，最终点燃了恒星的核反应，引力才是锻造恒星的“有生力量”。有些“星系工厂”在一年时间生产了数以百计的恒星，而单一星系包含数了百亿、千亿数量的恒星。

我们的银河系分布了五彩斑斓的星云，有些是恒星形成的集中区域，其中之一的猎户座星云在灿烂的星空闪耀得十分明亮，人们甚至睁开眼睛就能看见它，从“猎户之剑”的中间可以直接看到星云中的恒星，但猎户座星云的恒星形成机制似乎遭到了破坏，很多椭圆星系停止了恒星的生产，什么因素阻止了恒星的产生？这是天文学中最大的难题之一。

椭圆星系有一个显著的特点，星系的外形呈椭圆形状，它们好似澳式足球或英式橄榄球的外形。我们的银河系和很多其它的大星系属于螺旋星系，近似圆周形的螺旋星系好像一个巨大扁平状的碟盘。死亡恒星和星系内的气体物质为下一代恒星的产生供应了“原材料”，恒星的形成是否十分依赖星系的形状或类型？两者之间似乎存在某种关联，大多数像我们银河系一类的螺旋星系不断地锻造出新的恒星，而大多数椭圆星系似乎在某种程度上丧失了恒星的锻造能力。

椭圆星系如何成长？为何遭遇“成长的烦恼”？1972年，阿拉尔和土穆瑞斯兄弟通过观测发现，从螺旋星系的碰撞与合并中产生了椭圆星系，他们的发现在我们银河系的演化中得到了检验。从现在开始之后的数十亿年，我们的银河系将与临近的仙女座星系发生一次碰撞与合并的事件，从中产生一个巨大的椭圆星系。星系的合并也许打破了恒星的形成机制，但不能把所有阻止恒星形成的机制都明确无误地归结为星系的形状。

例如：“乘风破浪”前行的热等离子体星系可能剥离了恒星形成所需要的气体物质，在星系失去气体物质的过程中，螺旋星系没有转化为椭圆星系的可能性。可能出现恒星形成活跃的椭圆星系，但是否存在任何失去恒星锻造能力的螺旋星系？恒星的形成机制是否与星系形状存在联系？其中的答案有待更多的观测和分析。

怎样发现正在形成恒星的星系？怎样发现不能形成恒星的星系？有一种简便的观测方法：搜寻“早年英逝”的恒星。我们的“黄彤彤”太阳大约有100亿年的生命周期，太阳现在到了“中年时期”，精力十分旺盛，但体力有点不支。非常明亮、非常热的蓝星只有大约3千万年的短暂生命周期，它们“不在乎生命长度，只在乎生命质量”。我们的太阳演化得“四平八稳”，蓝星的生命周期十分短暂，但它们对宇宙演化的贡献不会低于我们的太阳。

3千万年的生命期在宇宙学概念上好似“弹指一挥间”，在大量蓝星的星系，天文学家看到了一个大量制造恒星的活跃星系，而红色星系通常是一些年老星系，它们已经或正在失去任何锻造恒星的能力。在其它寻找有恒星制造能力的星系方法中，炽热的恒星加热了星系中的尘埃，炙热的尘埃发出了强烈的红外线，炽热的恒星引发了周围气体物质的发光效应，从炙热的尘埃中产生了有明显特征的光谱。

天文学家不是第一次搜寻那些失去了恒星锻造能力的螺旋星系，1976年，加拿大天文学家西德尼·冯·登·搏夫发现了“贫血星系”，它比典型的螺旋星系的恒星锻造能力低了很多。英国的天文学家凯伦·马斯特斯确定了数以千计的红色螺旋星系，他与“宇宙动物园”网站的公民科学家开展了线上合作，收集了大量准确的数据。但冯·登·搏夫和马斯特斯确定的红色螺旋星系发出了明显的氢气体光谱线，氢气体环绕在热的蓝星附近，红色的螺旋星系仍然制造出了恒星。

为了寻找失去恒星制造能力的螺旋星系，天文学家使用了 NASA的宽场域红外线勘测探索者收集的数据，对发不出红外线的螺旋星系进行搜索，炽热尘埃被短生命周期的炽热蓝星加热，星系光线位于紫外线和可见光之外的红端波段，假如这些星系就像期待的那样失去了恒星的制造能力，那么可以确认这些螺旋星系已经死亡，它们不能生产出下一代的恒星。天文学家使用了设在新南威尔士州康纳巴拉布兰附近的赛丁泉2.3米直径的望远镜，在收集的6个星系光谱中，没有一个出现了由发光的热气体物质产生的明显信号。

热气体物质通常被短生命周期的周围恒星加热，天文学家发现了失去恒星锻造能力的螺旋星系，他们的成果登载在《皇家天文学会每月通讯》杂志。不经过螺旋星系转化为椭圆星系的通道，恒星制造的“梦工厂”可能由此关闭，但什么因素阻止了恒星的产生？有几种可能性，可能与所谓的“冲压力剥离效应”有关，当一个星系在热的等离子体中“乘风破浪”前行时，它含有的氢气体物质遭到剥离，而一个缺少氢气体的星系失去了恒星产生的条件，但冲压力剥离的效应通常发生在星系团之中，天文学家发现的很多这类星系不在其中。

气体难以冷却到恒星产生的初始温度，活跃星系核产生了加热效应，气体物质在“下坠”到巨大的黑洞时驱动了热气体的形成，但在收集的大多数星系中没有活跃星系核驱动的情形。什么因素在不寻常的螺旋星系中阻止了恒星的形成？天文学家对星系的形状产生了兴趣，星系形状也许包含了合理解释的线索。天文学家凯伦·马斯特斯发现，在有恒星制造能力的螺旋星系中，只有很少的星系显示了明显的棒旋结构。星系中心横亘了一根“棒子”，螺旋星系带有棒旋结构，这似乎与星系失去了恒星的制造能力有关，星系形状在破坏恒星的形成上可能发挥了令人意想不到的作用，恒星的形成机制可能关乎星系的形状。

（编译：2016-7-20）