銀盤

這種運(yùn)動(dòng)方式表明，外層暈是從混亂的矮星系中形成，而內(nèi)層暈是中心大漩渦的殘余，早期銀河系的雛形被壓進(jìn)了它現(xiàn)在的大風(fēng)車中。

幾十年前，人們就理解了這種撞擊的動(dòng)態(tài)過程：被萬有引力拉過來的氣體和矮星系不斷碰撞，每次碰撞都會(huì)消耗一些軌道能量，使它們向內(nèi)落入銀河系深處。當(dāng)它們接近中心時(shí)，最初一個(gè)很小的隨機(jī)旋轉(zhuǎn)就被放大，隨著物質(zhì)收縮而旋轉(zhuǎn)得越來越快，慢慢地變得扁平而形成一個(gè)薄薄的銀盤。

在銀盤內(nèi)部，萬有引力相互作用產(chǎn)生了恒星軌道，氣體星云也開始互相碰撞，堆積在一起，使天空中發(fā)生了交通堵塞：旋轉(zhuǎn)的“密度波”形成了銀河系的螺旋“手臂”（在某些星系中，旋臂也可能是振動(dòng)波在星際氣體中傳播所致）。

然而在細(xì)節(jié)方面，還存在很多不確定性。加州大學(xué)歐文分校天文學(xué)家詹姆斯·巴洛克說，比如銀盤的形成花了10億年，還是100億年？沒人能肯定地回答。

造星運(yùn)動(dòng)

銀河系以很快的速度不斷地把氣體變成恒星，每年都有許多像太陽那么大質(zhì)量的恒星誕生。照這種速度發(fā)展下來，到現(xiàn)在它應(yīng)該已經(jīng)用完了所有能用的氣體。但它仍在不斷制造著恒星，這一過程已持續(xù)了至少100億年。維持它造星的強(qiáng)大動(dòng)力是什么？要想持續(xù)造星，它必須像一個(gè)復(fù)雜的“生態(tài)系統(tǒng)”那樣，能夠自身維持下去。在這個(gè)“生態(tài)系統(tǒng)”中，物質(zhì)能夠在恒星和星際氣體之間來回循環(huán)。

大部分星際氣體非常稀薄，可能每立方米只有幾百個(gè)原子，只靠恒星發(fā)出的紫外線就能以熱離子的形式在銀盤中漂移。上個(gè)世紀(jì)70年代，天文學(xué)者發(fā)現(xiàn)，有時(shí)由于某些尚不完全清楚的原因，氣體本身也能聚集成密集的云，這種云密度很大，恒星發(fā)出的光也無法穿透其內(nèi)部，內(nèi)部氣體溫度只有10到30開氏度，這讓原子能夠形成分子，如氫分子和一氧化碳分子，這時(shí)它們應(yīng)該叫做“分子云”。但由于萬有引力作用，分子云的密度也不穩(wěn)定，一旦超過了臨界密度，就會(huì)點(diǎn)燃核聚變反應(yīng)而變成恒星。

這些云的恒星形成區(qū)也叫“恒星育兒所”，這里通常是混亂無序的：新生恒星以星風(fēng)的形式猛烈地向外噴射著物質(zhì)，并伴以大量的紫外線輻射。其中質(zhì)量最大的也會(huì)很快死于超新星爆發(fā)；其他的擴(kuò)張成紅巨星并脫落掉最外層，最終結(jié)束生命。這些過程都會(huì)向更遠(yuǎn)的星系噴出氣體，最終在那里變冷、凝聚，開始新一輪的循環(huán)。

“它必須能從某個(gè)地方獲得氣體。”澳大利亞國立大學(xué)的肯·弗里曼說。某個(gè)地方可能還有一個(gè)外部儲(chǔ)藏庫。人們通過X射線和極紫外波長望遠(yuǎn)鏡觀察到，有一團(tuán)熱氣暈包圍著銀河系的恒星暈。這個(gè)氣體儲(chǔ)藏庫還包圍著其他星系，它的絕大部分是被電離的氫，大約在100萬開氏度，從中心向外延伸幾百千秒差距。它的密度很低，每立方米大約含有100個(gè)氫原子，但它的質(zhì)量極大，至少相當(dāng)于銀河系中所有恒星的質(zhì)量?！斑@正是一個(gè)巨大的儲(chǔ)藏庫！”弗里曼說，銀河系造星運(yùn)動(dòng)用掉的物質(zhì)只不過是其中的一小部分。

當(dāng)熱氣暈變冷變稠密到一定程度，會(huì)落入銀河系。“就像霧氣中會(huì)凝結(jié)出水珠。”俄亥俄大學(xué)大衛(wèi)·溫伯格說，還可能產(chǎn)生人們觀察到的高速云，落入銀盤。反過來，這些云可能與“噴泉”有關(guān)（“噴泉”是恒星爆發(fā)成超新星時(shí)噴出的氣體，能噴到銀盤以外10千秒差距到100千秒差距遠(yuǎn)）。理論上，這些“噴泉”飛入氣暈，吸收一些電離氣體后再返回銀盤，仍成為高速云。“我們看到一些物質(zhì)出去，一些物質(zhì)進(jìn)來，但不能確定出去的物質(zhì)和進(jìn)來的物質(zhì)是否一樣?！睖夭裾f。

銀核與銀閂

在銀河系中心，距離地球約8千秒差距的地方，有一個(gè)膨脹鼓起的核球：最古老的恒星都聚集在這里，大約有100億歲那么老，質(zhì)量大約是1010個(gè)太陽那么大。還有一條像門閂似的直線，長約2千秒差距到4千秒差距，將核球一分為二，這里的恒星更年輕。這條銀閂的起源還有爭議，但其他螺旋星系中也都有類似的銀閂。

核球內(nèi)部是一個(gè)巨大的黑洞，精確地坐落在銀河系正中心，質(zhì)量約為400萬個(gè)太陽。我們這個(gè)“本地”黑洞還算是很小的，大部分星系都有一個(gè)黑洞，一般能達(dá)到幾十億個(gè)太陽質(zhì)量。我們這個(gè)黑洞目前也不活躍，也就是說沒什么東西被它吞掉。

然而它也曾經(jīng)活躍過。2010年，哈佛—史密松森天體物理學(xué)中心的道格拉斯·芬克貝納發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)泡泡，分別位于核球兩邊，方向與銀盤垂直。每個(gè)泡泡有7600秒差距長，黑洞發(fā)出的X射線界定了它們的輪廓，還有少量微弱的伽瑪射線噴流從星系中心射入泡泡內(nèi)部。這兩個(gè)泡泡和噴流都是活躍黑洞的特征，當(dāng)有物質(zhì)落入黑洞時(shí)才會(huì)這樣，發(fā)出能量噴流，并在周圍氣體中產(chǎn)生振動(dòng)波。

在星系中心有一個(gè)活躍黑洞，這種情況相當(dāng)普遍。這可能是所有星系都要經(jīng)歷的一個(gè)階段。據(jù)芬克貝納推測，銀河系的黑洞大約在1000萬年前曾經(jīng)活躍過，在此之前可能還有過活躍期?！叭绻鼪]吞掉過什么東西的話，質(zhì)量不可能達(dá)到400萬個(gè)太陽那么大?！?/p>

未來命運(yùn)

10多年前，天文學(xué)家通過觀察就知道，離我們最近的大星系——仙女座中的螺旋星系M31，正向著銀河系迎面奔來。但他們不知道未來的碰撞能否避免，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還無法測量M31在天空中的運(yùn)動(dòng)斜度，即它的自行量。

今年5月，太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的羅蘭德·范德馬萊爾與同事將仙女座在不同時(shí)間的位置和背景星系做了對(duì)比，并測量了它的自行量，精確到11微弧秒每年——這相當(dāng)于從月球上觀察人類指甲的生長。他們發(fā)現(xiàn)，仙女座和銀河系目前間隔距離約為770千秒差距，正在以每秒109千米的速度向?qū)Ψ娇繑n，大約60億年后就會(huì)迎面撞在一起！然后，它們會(huì)彼此穿過，互相環(huán)繞運(yùn)行，到70億年后，這兩個(gè)螺旋星系會(huì)合并在一起，形成一個(gè)橢圓形的星系。

橢圓星系也是星系的兩種主要形狀之一。相比于不斷制造恒星、充滿活力的螺旋星系，橢圓星系只是一大團(tuán)沒什么特色的氣體和恒星。

而奇怪的是，好像只有一小部分星系能完成這種轉(zhuǎn)變。整體上，它們要么充滿活力，要么進(jìn)入休眠。理論對(duì)此給出的解釋是，兩個(gè)大星系合并導(dǎo)致了造星運(yùn)動(dòng)大爆發(fā)，很快用光了所有可得的氣體；也可能合并重新激活了星系中心的黑洞，造成高能震動(dòng)和噴射，將氣體驅(qū)趕出了星系，或使氣體不斷攪動(dòng)激蕩，變得非常熱以至于無法形成恒星。美國約翰·霍普金斯大學(xué)的蒂姆·?？寺f，無論這樣還是那樣，都使“氣體降落受阻，由此星系用光了所有能得到的氣體”。

宇宙包含的氣體總量是一定的，遲早銀河系會(huì)把所有氣體都轉(zhuǎn)變成恒星。宇宙中的“恒星形成正在逐漸停止，而恒星死亡正在增加”，?？寺f，那些只有太陽質(zhì)量1/10的小恒星，能靜靜地生存1萬億年，但最終，它們也會(huì)爆發(fā)而走向滅亡。