恒星流,银河系的星际战俘

环绕银河系的三个恒星流
星际移民
小星系一旦靠近巨星系,就会受到强大的引力潮汐作用,逐渐扭曲、瓦解,并被拉成纤细而壮观的星流。
逆流追溯,有些星流会通向球状星团或者银河系的某个卫星星系——那里大概是星流中恒星的发源地,有些星流则通往那些发源地如今仅存的遗迹。但实际上,由于“土著居民”相对均匀地分布在银河系中,星流几乎无法从点点繁星中突显出来,也就很难被人发现。
居住在银河系附近可不是一件舒服的事情。这些小星系会逐渐变形,并被最终瓦解。人马座矮星系已经垂死挣扎了几十亿年,现已经走向瓦解。它的恒星将散落在整个银河系中,现在这样的星流也会逐渐消失,未来的天文学家将很难把它们与银河系的土著恒星区分开来。其他几个小星系也正在被银河系肢解,有些现在只剩下了一条星流。大麦哲伦云则代表了另一类较为少见的现象——银河系从那里夺走的是气体,而不是恒星。
星系瓦解背后的机制是引力的潮汐作用,这是我们非常熟悉的,同样的机制在地球上产生了海洋的潮起潮落。一个天体的不同部分经受不同的引力作用时,潮汐力就会产生。
月球对地球朝向它的一面所施加的引力,比对背向它的一面施加的引力更大。两个力之间的差异尽管很小,不足以扯碎地球,却足以让海洋微微隆起。随着两个天体的相互绕转,海洋的隆起部位也会跟着转动,使地球上某一地点的海平面出现周期性的抬升或降低。与此类似,银河系也会在卫星星系或星团的一侧,施加比另一侧更大的引力作用,使它们扭曲变形。
在这样的作用下,卫星星系或星团中的恒星会逐渐被银河系拖走(见下图所示)。久而久之,卫星星系失去的恒星就会越来越多。这些恒星像面包上掉落的面包屑一般,在卫星星系的前后形成了长长的尾巴。
更微妙的线索
星流会被银河系逐渐吸收,最终化为无形。然而六维相空间中的微妙线索,却能在茫茫星海之中,找到这些“星际移民”的蛛丝马迹。
如此看来,人马座矮星系等卫星星系在银河系的构建过程中做出过贡献。这些发现彻底改变了天文学家原先对星系形成的理论认识:他们曾经认为,所有的星系都直接起源于原始宇宙中几乎察觉不到的物质密度涨落(天文学家观测证实,早期宇宙各处的物质密度几乎相同,仅有大约万分之三的差异),其后便经历了早期的雪崩式生长,很快演化成现在这副模样。
现在,基于对星流的观测,研究人员普遍认为,只有质量不超过10亿倍太阳的矮星系经历了这样的快速形成过程;像银河系这样质量相当于千亿颗太阳的大型星系,则是后来通过吸积和吞并矮星系而逐渐形成的。这种吞并过程一直持续至今,不过强度已大不如前。
银河系吞噬近邻星系的过程被天文学家抓了个正着,他们又提出了更加深入的问题:这些古老的星系“建筑原料”具有什么样的化学组成?现在的大型星系中“星际移民”和“土著居民”的比例是多少?这些小星系带来的化学元素如何改变银河系早期的演化历史?
这些星流就像化石一样,记录着星系构建的历史,除此之外,它们还能在探测暗物质方面大显身手(见下页短文)。
要弄清这些问题,天文学家不仅需要了解哪些恒星正在被银河系掠夺,还要知道哪些恒星是已经被俘虏过来的。研究人员遇到的困难在于,一旦外来的恒星和气体混入银河系,我们就无法通过特有的空间分布来识别它们。天文学家必须找到更微妙的线索,来追溯这些恒星的起源,例如它们的运动模式和化学组成上的一些难以抹去的固有特征。