螺旋星系是如何得到“羽毛”的？星系中所有恒星的形成都發(fā)生在這些羽毛中。但是它們是如何形成的呢？

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荷蘭的安德烈·萬·德·霍德文結合了哈勃太空望遠鏡檔案中的不同數(shù)據(jù)集，創(chuàng)造了這張令人驚嘆的螺旋星系默西埃77的圖像。（圖片來源：安德烈·萬·德·霍德文/美國航天局/歐洲航天局）

銀河系類星系呈現(xiàn)出的不僅僅是螺旋狀的氣團；它們還有羽毛，成群的新星就是在羽毛上誕生的。天文學家一直對這些復雜結構的形成方式感到極度困惑，一個研究小組大膽猜測，可能有一種簡單的原理：重力，宇宙重力。

一個多世紀以來，天文學家一直驚嘆于螺旋星系的紛繁炫麗。最大的“大設計”螺旋可以容納十幾個至更多的機械獨立臂。最近，用哈勃太空望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行的詳細、高分辨率觀測揭示了后續(xù)內容。單臂可以繞星系旋轉數(shù)萬光年。但天文學家發(fā)現(xiàn)，裝飾這些臂狀結構的是許多被稱為羽毛的小細處特征。這些羽毛比手臂小得多，長度不超過幾千光年。但它們的密度非常大——比大臂密度大得多。它們也是強大的恒星形成的家園。在羽毛中，天文學家發(fā)現(xiàn)了年輕的星團和巨大的中性氫團。事實上，一個星系中許多——甚至大多數(shù)——恒星的形成都集中在這些羽毛中。

仙女座的矮星系是如何形成的？哈勃望遠鏡總能表現(xiàn)出發(fā)現(xiàn)問題的天賦，在古老的恒星托兒所里，一些嬰兒恒星誕生在“蓬松的”宇宙毯子里。

起初，天文學家認為羽毛是大型設計螺旋的特征。而且越來越多的證據(jù)表明，幾乎所有的螺旋星系，包括銀河系，都有羽毛。一個星系是如何得到這些羽毛的呢？隨著天文學家提出各種模型來解釋羽毛的形成邏輯，爭論如雨后春筍般涌現(xiàn)。羽毛相對較小，至少在銀河系范圍上，它們的數(shù)量涌現(xiàn)了很多。我們認為，在一個相對復雜的過程中構建了雛形。例如，超新星爆炸塑造了旋臂上的羽毛，像雕塑一樣雕刻在氣體中。微弱但巨大的磁場自身扭曲形成了絲狀結構。但在《天文學與天體物理學》雜志上發(fā)表的一項新研究中，天文學家為它們的成因提出了一個簡單得多的原因：引力，宇宙重力。

突發(fā)太空新聞，火箭發(fā)射的最新更新，觀星事件等！這張由美國宇航局的斯皮策和哈勃太空望遠鏡以及美國宇航局的星系演化探測器拍攝的合成照片中，被稱為默西埃81或M81的螺旋星系看起來非常清晰。

（圖片來源：美國航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學院/歐洲航天局/哈佛-史密森尼天體物理中心.）

為了驗證這一假設，研究小組制造了一個非常簡單的模擬星系。這個模擬星系不包含任何恒星或物質團塊，也不涉及超新星或磁場。它只是一個簡單的，旋轉的氣體盤。然后，他們讓這個氣體盤在自身重力下演化，看看羽毛是否自然出現(xiàn)。

他們做到了。在很短的時間內，模擬的氣體盤分裂成一系列嵌套的細絲，就像觀察到的羽毛一樣——不需要復雜的物理變化過程。因為氣體盤不穩(wěn)定的狀態(tài)，任何微小的團塊即使能存在都很容易坍塌。這種自然的傾斜，加上氣體不斷旋轉，產生了小而細長的結構——羽毛。

——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡以驚人的細節(jié)觀察了19個復雜的星系結構（圖片）

——我們的銀河系并不總是螺旋狀的。這是它如何改變形狀的。

——哈勃望遠鏡探測到了一個巨大的宇宙結構的一部分——引人注目的螺旋星系

然后，研究人員將模擬星系中產生的羽毛與觀測到的實際羽毛進行了比較。他們在大小、形狀和密度上發(fā)現(xiàn)了普遍的一致。模擬的星系看起來一點也不像真實的星系。但這就是問題的關鍵：研究人員想要研究簡單的物理學——僅僅是重力本身——是否能產生羽毛。似乎是這樣，但真正的測試將是在模擬中引入更復雜的物理特性。這是因為像超新星和磁場這樣的東西確實會影響螺旋星系的演化，它們可能會破壞宇宙重力驅動的羽毛——結果是我們又將回到原點。

盡管如此，這是一個很有希望的假設，它表明大自然造物之神奇，完全有能力使用簡單的物理來創(chuàng)造復雜的仿生結構，即使是在銀河系的范圍內。

BY:Paul Sutter

FY: Jane

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