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主题:【原创】我们的宇宙 -- 边寒剑

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家园 【原创】五、帝国边疆的殖民地——伴星系

春天星空下南天的狮子星座中,离地球超过70万光年的地方,有两个矮星系巡逻在银河王国昏暗的边境线上。这两个遥远的星系叫做狮子座I和狮子座II,各含有几百万颗恒星(相对应的,银河系含有1000多亿颗恒星)并且都服从银河系的命令;他们象两名哨兵警戒着通向星系际空间的大门,它们是银河系最边远的部分,是银河帝国的最前哨。

银河帝国是极其巨大的,它的版图远远超出了银盘的边缘,横跨100万光年以上,辖有很多殖民地。银河帝国最著名的殖民地是包括狮子座I和狮子座II在内的10多个伴星系,它们全部绕银河系公转,就象卫星绕大行星运动。在帝国的边疆区,还居住着几个球状星团,当然也有很少量恒星;但它们不过象是漂浮在茫茫大海上的遇难船只的残骸。

在银河帝国的殖民地中,最近的、也是最大和最亮的两个是大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。它们是如此的著名,以至于很多人误以为麦哲伦星云是围绕银河系运动的仅有的星系。这两个星系都是以葡萄牙探险家麦哲伦的名字命名,但他决不会是第一个注意到它们的人,因为麦哲伦星系相当的亮,很容易被肉眼观察到。只是它们过于偏南,从中国、美国和欧洲都看不见,这说明世界上大多数人从未看见过它们。

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(大麦哲伦星云(两种角度))

麦哲伦星云是银河系王冠上的宝石,它们发出的光比其余全部伴星系发光的总和还要多。大麦哲伦星云离银心160000光年,比银盘的边缘还要远1.5倍。小麦哲伦星云正好在它大哥的外边,距银心190000光年。大麦哲伦星云的光度是银河系的1/10,含有大约100亿颗恒星,总质量约为太阳质量60亿倍;小麦哲伦星云的光度是银河系的1/60,含有恒星20亿颗,总质量为太阳的10亿倍。

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(小麦哲伦星云(也是两种角度))

科普暑甚至一些天文学家都称麦哲伦星云为小星系,这是不正确的。实际上这两个星系比宇宙中大多数其他星系更大更亮。在本星系群(以银河系和仙女座星系为主的一个松散的星系聚合组织)的30个星系中,大麦哲伦星云是第四亮的,仅次于仙女座星系、银河系和M33;而小麦哲伦星云也可排在第5到第8位,依所用数据而定。认为麦哲伦星云很小,完全是心理作用,因为是与我们身在其中的巨大银河系相比较。当然,麦哲伦星云是比银河系小,但是其他大多数星系也比银河系小。

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(大小麦哲伦星云一起在天空的景象,可惜北纬20度以北地区看不见)

除了麦哲伦星云,目前发现至少还有其他八个伴星系在围绕帝国运行。(小熊座星系,距银心215000光年;天龙座星系,距银心250000光年;御夫座星系,距银心255000光年;六分仪星座,距银心295000光年;船底座星系,距银心350000光年,天炉座星系,距银心440000光年;狮子座I,距银心720000光年,狮子座II,距银心890000光年)。矮星系通常只含有几百万个恒星。甚至于天龙座矮星系,这个目前发现的最暗的矮星系,总光度只是单颗亮星参宿七的四倍。但是也不要小看了矮星系,其实相对来说,矮星系的数量比所有其他类型的星系的总和还多。他们也许才能称得上是宇宙中的普通公民,就像人类一样,出类拔萃的毕竟是少数,普普通通的毕竟占大多数(西西河除外,猛人比较多,呵呵)。

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(其他几个伴星系及其的位置)

银河系之外的巨型星系也统治者他们自己的伴星系帝国。最近的巨型星系,220万光年外的仙女座星系,统治者另外7个或者8个星系。而且应该说,那个帝国要比银河帝国更大。因为本星系群的第三大成员,M33,也是仙女帝国的殖民地,而且仙女帝国的大多数伴星系都比银河帝国的伴星系亮。

另外说一句,在目前所发现的银河帝国的殖民地中,人马座矮星系是相对来说比较特殊的一个。第一:从地球上看,它处在银河的另一方,位于银河核球的后面(别的伴星系都是在银河系的太阳一侧),因此直接去看是无法看到它的。天文学家们是根据对恒星的速度观测结果才偶然发现它的——他们探测出了一组运动速度不同于银河系恒星的恒星;第二,它距离太阳系只有八万光年,可以说就是在银河帝国的家门口;第三,如果没有银河核球的阻挡,那么此伴星系至少延伸20度,从而可以成为天空中最大的可视结构。

本来这些侏儒平常是不入天文学家法眼的,但最近十几年,研究它们的热潮突然间席卷了整个天文学界。因为如果矮星系是通过引力被帝国中心所牵引的话,那么从他们的运行速度就能推算出银河帝国的总质量。它们运动的越快,为了抓牢它们,帝国必然拥有着越高的质量。通过对它们运动的推算得出,帝国的总质量大约为1万亿个太阳质量;但另一方面,对于帝国总光度的分析,得出的帝国质量仅为太阳质量的150亿倍,因此————帝国内部必然充满了暗物质。

1982年,亚利桑那大学的马克 阿隆生(MARK AARONSON)获得了最近的小熊座星系和天龙座星系中的恒星的光谱。这两个伴星系中的恒星都很暗,只有+17等,但阿隆生设法得到了小熊座星系中一颗恒星和天龙座星系中三颗恒星的视向速度。其速度弥散性达到6公里每秒(通俗点说,就是围绕帝国中心做圆周运动的速度)。这看起来似乎不快,太阳都是它的好几倍,但是不要忘了,它们距银心的距离比太阳要远上亿亿倍,再考虑牛顿万有引力公式里面作用力要反比于距离的平方,对于像小熊座星系这样的矮星系来说,太大了!!!!要控制住这些恒星,这些伴星系必须具有极大的质量和很多很多很多的暗物质。

当然,目前的情况下,对于事实的解释,有人用暗物质来说,也有的人对此不屑一顾。杰弗利 孔恩(JEFFREY KUHN)就是一个。他从1988年开始研究矮星系。对于矮星系中恒星的高弥散度,他提出了一个新的观点——银河帝国潮汐力。

就像月亮对于地球的海水产生的潮汐力一样,银河帝国的中心正在对殖民地的居民施以极大的诱惑,促使他们离开殖民地,奔向帝国中心来。孔恩确信,小熊座星系和天龙座星系目前正在被帝国扯散,因为他们围绕帝国的轨道运动激发了能对帝国潮汐力起放大作用的共振。

如果孔恩是正确的,那么这些矮星系中的恒星的高速度就跟星系的质量等等毫无关系,完全是帝国中心的作用,而矮星系又没有维持系统不散的足够的质量(或者暗物质),那么最近的矮星系就在劫难逃了。孔恩认为,最近的小熊座星系已经处于非束缚系统了,现在的小熊座星系已经处于生命的最后阶段。天龙座星系将紧随其后,它现在的旅行大概是变成小熊座星系模样之前的最后一次。按照控恩自己的观点,有一个足以将矮星系撕碎的巨大”堤礁”在200000-300000光年距离上围绕着帝国。如果一个矮星系侵入这个范围,它将受到共振的折磨,帝国将抽取能量并将能量赋予矮星系之中的恒星,于是恒星将脱离矮星系,最后矮星系也讲瓦解。孔恩也认为它的理论能解释一些别的东西,比如许多银河系内部的球状星团其实就是很久以前从瓦解的矮星系中脱离而进入帝国的。

一般来说,矮星系的短小身材妨碍了它们的演化。相对来说,大小麦哲伦星云因为巨大,所以他们保住了能生产恒星必备的气体云。但对于银河帝国来说,他们自身的引力还是无法相比。1973年的时候,天文学家发现,一股从大小麦哲伦星云中伸出的氢气流,深入到银河系的内部中。这个所谓的麦哲伦气体流很可能产生于最近发生(相对来说最近,不要忘了哪里所有的信息都是20多万年以前发出的)的一次大小麦哲伦星云的近距碰撞。这两个星系为争夺气体而战斗,但是银河帝国凭借强大的吸引力,最终将气体夺了过来。大麦哲伦星云可能也损失了一个星团,1992年道格拉斯 林(DOUGLAS LIN)和哈维 里切(HARVEY RICHER)提出,银河系中的一个球状星团很可能曾经属于大麦哲伦星云,因为它比所有其他的帝国内部的星团都年轻,而且它位于正确的方向。

大小麦哲伦星云现在还是非常明亮的,但是他们的命运也将是非常悲惨的。因为他们还是在帝国的影响力之内。随着伴星系围绕帝国运动,帝国将托拽他们,并将使它们损失能量,然后将它们内部的恒星加速并逃离他们并进入帝国内部。最后伴星系剩余的部分将完全被帝国吞食。当帝国最终将大小麦哲伦星云吞食后,它的势力范围将大大扩展。

也许这只是帝国在整理内部的政务。如果我们把目光放得更远,那么我们就会发现,帝国是在为更大的战斗作准备。仙女座星系、银河系和另外几个近邻星系,组成了一个由引力束缚在一起的集体,叫做本星系群(以后还要说到它),总共大约含有30个星系。其中,仙女座星系和银河系是其他星系的统治者。本星系群的多数星系围绕仙女座星系或者银河系运转,其余的星系尽管不围绕他们运转,但也受这两个巨大帝国的影响。目前,两个帝国互相激扰着对方,虽然膨胀着的宇宙试图把它们分开,但他们的质量过于巨大(每个都还有大约1万亿个太阳质量),它们之间的万有引力能够克服宇宙膨胀力。结果,仙女帝国每天向银河帝国前进1000万公里,几十亿年之后,这两个帝国将合并,最终会产生一个更加庞大的星系帝国。

尽管在此范围上可以说已经是巨型的尺度了,但是星系之间仍然受着各种力的影响而展现出不同的运动方式和方向,在下面的类星体和大吸引体之中再好好讲吧!

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