星系是怎么死的？先“五内俱焚”

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据科学日报报道，天文学家首次展示了几十亿年前“死亡”星系里的恒星形成是如何停息的。欧洲南方天文台甚大望远镜和美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜揭示了宇宙大爆炸后30亿年，这些星系的郊区仍在制造恒星，只不过星系内部的恒星形成已经停止。恒星形成的猝熄似乎起始于星系核心，并逐渐向外传播。
这项结果被发表在4月17日的期刊《科学》上。
天体物理学的一个重大谜题在于现代宇宙常见的巨大、静止的椭圆星系是如何忽然停止了曾经如日中天的恒星形成。这种巨大星系——因为其形状也被称为球状体——中央一般包含非常密集的恒星，大约是银河系的10倍，且质量也是后者的10倍。
天文学家将这种巨大星系称为红色和死亡星系，这主要是因为它们富含大量古代红星且缺少年轻的蓝星，此外没有任何新恒星形成的迹象。这种红星的年龄估计表明它们的宿主星系早在100亿年前就停止制造新恒星了。这种猝熄始于宇宙恒星形成高峰期，当时很多星系产生恒星的速率比现在的速率快20倍。
“巨大的死亡球状体包含的恒星数量大约是宇宙整个历史产生的所有恒星数量的一半，”研究首席作者、苏黎世联邦理工学院的科学家桑德罗·塔凯拉（Sandro Tacchella）这样说道。“除非我们理解了这些星系是如何产生的，否则我们无法说已经完全理解了宇宙是如何进化成现在的样子。”
塔凯拉和同事观察了22个质量不一、产生于宇宙大爆炸后30亿年的星系。欧洲南方天文台甚大望远镜的红外光谱仪（SINFONI）收集了这些样本星系的光，精确的展示了它们批量产生恒星的位置。多亏了它的自适应光学系统——它可以很大程度上消除地球大气层产生的模糊效应——SINFONI才能对这些遥远星系进行细节测量。
研究人员还利用美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜对相同的星系进行了观测，这主要是借助这台望远镜位于地球大气层上方的地理位置优势。哈勃太空望远镜的WFC3照相机拍摄了近红外图片，揭示了活跃恒星形成的星系里更古老的恒星的空间分布。
“不可思议的是SINFONI自适应光学系统竟然可以消除大气效应，收集新恒星出生的位置信息，且精确性不亚于哈勃对恒星质量分布的测量，”研究合作作者、瑞士苏黎世瑞士联邦理工学院的玛塞拉·卡洛罗(Marcella Carollo)这样评论道。
根据最新数据，样本里最大的星系的外围保持相对稳定的新恒星生产速率，然而在它们的肿胀部分，也就是密集的星系中央，恒星形成早已停止。
“最新展示的巨大星系由内及外传播的恒星形成逐渐停止提供了其中涉及的潜在机制的新见解，而这是天文学家争论已久的一个问题。”意大利国家天体物理研究所帕多瓦天文台的阿尔维奥·伦齐尼（Alvio Renzini）这样表示。
主流理论认为制造恒星的材料因恒星中央超大质量黑洞在吞噬物质过程中释放的大量能量而四处散落。另一项理论认为新鲜的气体不再流入星系，从而导致制造新恒星的材料和能量不足，它本身也就变成红色的死亡球状体。
“目前有很多不同的理论模型解释导致巨大球状体死亡的物理机制，”研究合作者、德国加兴市马克斯普朗克外空物理学研究所娜塔莎·福斯特·施赖伯（Natascha Förster Schreiber）这样说道，“发现恒星猝熄始于中央并向外传播是朝理解宇宙是如何进化成现在的样子所迈出的重要一步。”
“宇宙的年龄大约为138亿年老，因此塔凯拉和同事研究的星系被观察到的样子大约是100亿年前的情形。”