宇宙網是什麼？2024，天文學家帶你探秘巨大的星系是如何在宇宙之網中逐漸成長的 | 小葫蘆的宇宙頻道

宇宙是一個神奇而又神祕的地方 它充滿了各種奇妙的現象和結構 其中最引人注目的就是宇宙之網 這是一種由暗物質和普通物質組成的巨大的三維網絡 它連接了宇宙中所有的星系和星系團 宇宙之網的形狀類似於蜘蛛網 由密集的節點和稀疏的細絲構成 節點是由數千個星系聚集而成的星系團 細絲是由數百個星系串聯而成的星系羣 宇宙之網的存在是由引力和暗能量共同作用的結果 它反映了宇宙的大尺度結構和演化 宇宙之網不僅是星系的分佈模式 也是星系的成長場所 星系是由氣體、塵埃和恆星組成的旋轉的島嶼 它們在宇宙中不斷地與周圍的環境發生相互作用 從而改變自己的形狀、顏色和活動 星系的演化受到多種因素的影響 其中最重要的就是它們所處的位置 不同的位置意味着不同的密度、溫度和壓力 這些都會影響星系的氣體含量和恆星形成率 從而決定星系的命運 那麼星系是如何在宇宙之網中成長的呢? 它們是如何從細絲中進入節點的呢? 它們在不同的環境中會發生什麼樣的變化呢? 爲了回答這些問題 我們需要藉助觀測和模擬的手段 探索宇宙之網中的星系的奧祕 堪薩斯大學的物理和天文學教授格雷戈裏·魯德尼克 就是這樣一位探索者 他正在領導一個由多所大學和研究機構組成的國際合作團隊 利用先進的計算機模擬和大量的觀測數據 研究宇宙之網中的星系的形成和演化機制 這項工作將使用來自DESI遺產巡天、寬視場、紅外巡天探測器 和美國宇航局星系演化探測器的約14000個星系的圖像 研究小組還將利用西耶娜的0.7米plane wave望遠鏡 收集更多的觀測數據 這個項目的主要目標是理解環境因素對星系變化的影響 魯德尼克在一份聲明中說 在宇宙中,星系分佈不均勻,密度各不相同 這些星系聚集成大型星系團 由數百至數千個星系組成 也有較小的星系羣 由數十至數百個星系組成 魯德尼克指出 星系可以處於星系團或星系羣中 也可以處於被稱爲場的宇宙中較爲孤立、密度較低的區域 這些不同的環境對星系的影響也不同 星系團和星系羣中的星系 通常會經歷更強烈的引力作用和碰撞 從而導致它們的氣體被剝奪或加熱 恆星形成被抑制或增強 而場中的星系則相對較爲安靜 它們的氣體和恆星形成較爲穩定 不受外界的干擾 以往模擬宇宙網及其中星系的研究 將星系團和星系羣中的星系 與單獨存在於宇宙場中的星系進行了比較 但卻忽略了連接星系團的氣體 塵埃和恆星的系長絲狀結構 這些系絲是星系在宇宙之網中的主要通道 它們不僅連接了不同的星系團 也影響了星系的演化 Rudnik及其同事考慮了這一宇宙高速公路的因素 重點研究了星系遇到的絲狀環境 星系如何首先被引導到星系羣和星團中 以及絲狀結構如何影響星系的演化 星系沿着一條路徑進入這些系絲 在進入星系羣和星系團之前 第一次經歷了緻密環境 Rudnik說 研究系絲中的星系 可以讓我們研究星系與緻密環境的最初相遇 魯德尼克補充說 大多數進入星系團城市中心的星系 都是沿着宇宙網超級高速公路進入的 只有少數星系走的是鄉村路線 它們進入星系團和星系羣時 並沒有與周圍環境發生太多的相互作用 系絲類似於洲際高速公路 而這些進入密集區域的人際罕至的路線 則類似於在堪薩斯州的鄉村公路上 駕車進入城市範圍 Rudnik說 星系可以存在於系絲中 也可以像串珠一樣 以星系羣的形式存在於系絲中 事實上宇宙中的大多數星系 都存在於星系羣中 研究小組希望通過這種模擬 能夠深入瞭解環境對星系的影響 並破解星系在最常見的絲狀結構 和星系羣中的行爲方式 庫克大學研究小組的一項重要工作 是評估宇宙網絲的條件 如何影響密度過高的氣體處理過程 科學家稱之爲種子循環 種子循環是指星系中的氣體 和恆星之間的循環過程 它決定了星系的生長速度和壽命 由於恆星是在密度過高的氣體 和塵埃團塊坍縮時誕生的 因此種子循環的中斷 會促進或阻礙恆星的形成 從而增加或減緩星系的增長 星系可以概念化爲種子處理引擎 從星系機械之中汲取氣體 並將其中一部分轉化爲恆星 Redlich解釋說 反過來 恆星會變成超星星產生更重的元素 部分氣體被吹向太空 形成銀河噴泉 最終落回星系 當星系在宇宙網上遇到高密度環境時 它們會改變內部壓力 通過主動從星系中剝離氣體 或剝奪其未來的氣體供應 來破壞種子循環 這就導致位於星系團中心的 星系恆星工廠 由於其育育恆星的原始材料 被熄滅而停止運轉 這種干擾影響了 星系對氣體的吸收和排出 導致它們的恆星形成過程發生改變 Redlich說 雖然恆星形成可能會暫時增加 但幾乎在所有情況下 最終都會導致恆星形成的減少 這種現象在天文學上 被稱爲星系熄滅 它意味着星系的活動 從藍色變爲紅色 從年輕變爲老化 從富有變爲貧瘠 星系熄滅是一個普遍的過程 它影響了宇宙中的大多數星系 包括我們所在的銀河系 銀河系目前正處於一個相對平靜的狀態 它的恆星形成率 大約是每年一顆太陽質量的恆星 而在它的早期 這個數字可能是每年幾百顆 銀河系的未來也不太樂觀 它將在大約50億年後 與仙女座星系團中的另一個大型星系 仙女座A星系發生碰撞 這將導致它的氣體被擾動和消耗 恆星形成被激發和抑制 天文學家希望通過 能夠揭示這一過程的物理機制和時間尺度 以及它對宇宙的化學和光學特性的影響 它們的模擬將考慮多種可能的因素 包括星系的質量 形狀 速度 方向 距離 溫度 密度 金屬丰度等 以及宇宙之網的拓撲結構 演化歷史 暗物質分佈等 它們的模擬將使用 堪薩斯大學的超級計算機 每秒鐘進行數萬億次的運算 以模擬宇宙之網中的 數百萬個星系的演化 我們的模擬將是目前最詳細 和最完整的宇宙之網模擬之一 它將能夠解釋我們的觀測數據 並預測未來的觀測結果 Rudnik說 我們的模擬將有助於我們理解 宇宙之網是如何影響星系的演化的 以及星系的演化又是如何影響宇宙之網的 魯德尼克和他的團隊的研究 不僅對於天文學家 也對於普通人來說 都是非常有意義的 它可以讓我們更好地認識 我們所生活的宇宙 以及我們所屬的星系 宇宙之網是一個巨大的舞臺 星系是上面的演員 它們在不同的環境中 展現出不同的風采 我們的銀河系也是其中的一員 它在宇宙之網中經歷了無數的變化