跟著星系深呼吸

王青春

讀本文前，你對星系的認識：有旋臂，螺旋狀，很多恒星、行星;讀本文后，你對星系的認識：“我藏你找”游戲策劃師，宇宙呼吸法創始人，超大型噴泉景觀設計師，宇宙反對加班協會榮譽會員

別躲了，星際介質

“我藏你找”游戲任務：請跟隨游戲助手星偵探，找出藏匿在星系里的神秘物質。

提示一：星系這么大，你想去看看，但只能看看。

動輒（zh9）以光年為單位的天體距離對人類來說太過遙遠，想知道星系中除了天體還有什么，我們可以通過一種特殊的“影子”—光譜，來進行一場反向推理。不同的光線有著不同的光譜，如果恒星的周圍空無一物，光會暢通無阻地來到地球，形成連續的光譜。但天文學家發現事實并非如此，原本應當連續的光譜上出現了一些細縫，并且這些細縫的位置還會發生變化。這說明恒星周圍有東西擋住了光，并且它還在不停地運動著。

提示二：不會還原現場的偵探不是合格的天文學家。

天文學家通過計算機搭建模型，模擬出恒星周圍的環境，然后將模擬環境中產生的光譜與實際天文觀測到的光譜進行比較。通過不斷調整模擬環境中的物質組成、運動方式等參數，天文學家找出了能產生相同光譜的“配方”，即星系的真實成分。

星系中除了有恒星、行星等天體之外，還有大量的星際介質，如氣體、塵埃，以及看不見的暗物質。星系中的氣體以氫和氦為主，伴有少量的重元素（碳、氮、氧、硅、鐵等），它們是恒星形成的原料。

做個元氣星系

“學會深呼吸，輕松有元氣！”這是星系創造的宇宙呼吸法口號。星系的一生太過漫長，為了保持活力，星系中的氣體并不是靜止不動的，新的氣體不斷被吸入，老的氣體有時也會被排出，就像在“呼吸”。

如果星系可以一直從四周或鄰近星系吸入可用的氣體，就會有源源不斷的新鮮氫氣來參與恒星形成。這樣的星系被稱作“恒星形成星系”，也是我們通常意義上認為的“活著”的星系;與此相對的是“寧靜星系”，它們無法得到足夠多的氣體補給，恒星形成率極低，星系就此陷入沉寂，失去“生命力”。

帶你看星系噴泉

星系“呼出”的氣體去哪兒了？它真的離開星系了嗎？以銀河系為例，如果某一物體想要脫離銀河系的引力束縛，它必須以至少550千米每秒的速度運動，這個速度又被稱為銀河系的“逃逸速度”。絕大部分氣體是無法逃離星系自身引力的，最后還是會落回到星系中。這一氣體“噴出—落回”的循環被稱為“星系噴泉”。但是，有極小一部分星系氣體的速度可以達到800千米每秒，甚至2000千米每秒，從此外流成為星系際介質。

恒星小劇場

歡迎進入銀河系恒星小劇場，在這里，你將看到一顆類太陽恒星的一生，以及伴隨它發生的星際氣體運動。

分子云

在銀河系中，存在這樣一片云。它只占銀河系1%的空間，卻擁有整個星系50%的質量，它就是致密分子云。低溫、高密度的分子云在引力的作用下，向一個或多個中心坍縮。

原恒星

一大片分子云可能被分裂成多個云團，我們把熾熱的云團核心稱為“原恒星”。原恒星不斷吸積周圍的氣體，質量也在增加。但這種吸積活動不是無限進行的，被吸入的部分物質會在磁場的作用下以“噴流”的形式噴射出來。

主序星

由于存在“噴流”現象，原恒星周圍的氣體被驅散，吸積速度因此下降，這時包裹在分子云中的中心天體開始顯露出來，我們稱其為主序前星。直到吸積原料全部耗盡，零齡主序星誕生。至此，這顆主序星（恒星）開始了它百億年的漫長生活。

紅巨星

恒星內部的氫隨著熱核反應消耗殆盡，恒星核心開始收縮，恒星外層氣體受到的引力變小。在之后的數百萬年間，該恒星將膨脹為比太陽大一百倍的紅巨星。

白矮星

最終，恒星核心坍縮，成為一顆白矮星，體積與地球相當。恒星表面的氣體與塵埃將被釋放回星系，成為下一代恒星形成的原料。

黑矮星

再過幾十億年，該恒星的核心將完全冷卻熄滅。

休息，休息一下

“只工作，不玩耍，聰明孩子也變傻。”星系對這句話的理解非常透徹。不要想著星系會一直沉迷于造星活動，勞逸結合才是正確做法。天文學家發現，銀河系在早期吸入了大量冷氣體，勤勤懇懇地形成了第一代恒星。大約在70億年前，冷氣體停止流入銀河系，恒星制造工作暫停。在享受了約20億年的假期后，銀河系重新開始吸入氣體，包括太陽在內的第二代恒星逐步形成。