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破解 星系的“熄灭时间”被破解，越松散的星系，熄灭时间越晚

我们的银河系，早在100多亿年前就已经形成了，是宇宙中非常古老的星系。直到今天，它还在不断地形成新的恒星。
宇宙中的星系，大部分都是如此的。随着老恒星的死亡，新恒星也在不断形成，就像是一代一代人的更替一样。然而，恒星的形成不会永远那么快，星系早晚会暂停甚至完全停下自己的成长过程。届时，整个星系也将步入倒计时，逐渐归于沉寂，科学家称之为星系的熄火。

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关于星系的熄火方式和过程，科学家们已经研究了许多年。但是直到今天，这里仍然有许多的问题都令科学家们难以解释。我们只知道，大约在100亿年前，我们的宇宙正是如日中升，星系中恒星的形成率达到了顶峰，因此科学家又将这段时期称为宇宙的正午。至于恒星形成率何时能变成0，并且这个过程中会发生什么，仍然是个谜。
澳大利亚ARC三维全天体物理学卓越中心的Anshu Gupta博士向我们介绍：在大约100亿年前，大质量星系的恒星形成率纷纷达到顶峰。接下来，在星系中心的超大质量黑洞等因素的作用下，星系中的气体迅速升温，恒星的形成速率也随之开始下降。

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（图片说明：恒星形成率随宇宙寿命的变化）
在宇宙的正午时期，星系也逐渐形成了今天我们看到的一些典型特征，比如明显的旋涡状，以及星系中心的凸起结构。也正是在同一个时期，宇宙中竟然开始出现一些另类的星系，它们竟然开始熄灭了。
科学家指出：宇宙的正午时期的确是星系极其活跃的时期，不仅恒星的形成速率非常高，而且星系中心的超大质量黑洞也异常活跃。它们不断地进行着吞噬，也越来越膨胀，从而吸收更多的气体。这些气体聚集到黑洞的周围，迅速升温。这对于想要诞生的新恒星来说不是一个好消息，因为它们的坍缩需要低温气体，而这样的高温气体会阻止新恒星的形成。
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（图片说明：著名的创生之柱，这里有大量的恒星在形成）
当然了，虽然超大质量黑洞的尺寸的确非常惊人，但和整个星系相比还是有些力不从心的。如果超大质量黑洞位于一个体积非常巨大、物质密度相对比较低、恒星之间的距离比较远的星系中时，那么黑洞的影响范围就会只占这个星系的一小部分。因此，这样的星系是不太会因为一个超大质量黑洞而熄灭的。
Gupta指出：“我们发现，在那些延伸出去非常非常远的星系中，物质并没有加热到那么高的温度，黑洞的影响力也没有那么惊人，所以恒星还能够在相当长的时间内持续诞生出来。”
正是出于对星系熄灭过程的好奇，Gupta带领着他的团队进行了这方面的研究，并在《天体物理学杂志》上发表了他们最新的研究成果。在研究过程中，他们利用了一个名为IllustrisTNG的模型进行模拟，发现了星系的熄灭过程与恒星际空间的大小之间的关系。

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在本次研究中，Gupta等人关注的重点就是星系盘。星系盘是一个星系内星系核以外的一个扁平区域，整体呈圆盘状，包含着大量的恒星、星际气体及尘埃。研究表明，如果星系盘相对比较疏松，恒星之间的距离比较大，那么星系受到超大质量黑洞的影响相对较小，也就更不容易熄灭。
Gupta介绍说：“星系盘中有些区域内恒星的分布非常广，也就是比较蓬松的区域，这里气体的温度相对比较低，因此在引力的作用下，坍缩可以持续进行，形成新的恒星。而在拥有着比较紧凑的星系盘的星系中，气体会以极快的速度升温，并且很快就因为能量过高而无法凝聚在一起，所以在宇宙的正午时期刚刚结束，这里的恒星形成过程也就终止了。而在那些蓬松的星系盘内，这个过程可以持续到宇宙的‘下午茶’时期。”

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如上图所示，左侧是普通的大质量星系，而右侧则是在TNG模拟中相对比较蓬松的星系。z代表的是红移值，其含义是星系的退行速度，它可以代表星系与我们之间的距离，也就是星系所处的时代。结果表明，普通的大质量星系在z~2.5的时候，恒星尺寸的中位数就出现了转折；而对于比较蓬松的z~2到4之间的星系，其恒星的尺寸还在增加。

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