银河系渐渐消失 地球怎么办？

专业仲裁员

　　银河系的银道面是恒星形成的地方。天文学家估计，这里每年总共会生产出5个太阳质量的新恒星。但是这一生产效率也许很快就会被提高。

　　在黑暗的夜空中，肉眼大约能看到6,000颗恒星。其中绝大多数的质量比太阳大，也比太阳亮。这些大质量恒星会快速地演化，并且在它们诞生之后的5千万年内就以超新星爆发的形式S去。

　　恒星形成区RCW 49是银河系中恒星的最高产区之一。这张斯皮策空间望远镜所拍摄的照片揭示出了在可见光下不可见的数百颗恒星。RCW 49位于半人马座，距离地球13,700光年。版权：NASA/JPL-Caltech/E. Churchwell (University of Wisconsin)。

　　但是银河系大约4千亿颗恒星中占大多数的是质量比太阳小的中年或者老年恒星。这些红色的低温恒星会发出看不见的红外辐射（热）和少量的可见光。因此，为了了解银河系中恒星形成的详细情况，天文学家就需要把他们的视野拓展到红外波段。

　　为此，天文学家们使用美国宇航局对红外辐射极为灵敏的斯皮策空间望远镜为银河系号了一把脉。由“斯皮策”所进行的两个互补的巡天所得到的结果已经开始改变了天文学家对于银河系中恒星形成的看法。初步的结果显示，银河系目前如此高产的恒星诞生率维持不了10亿年。

　　银河系的红外脉搏
　　“斯皮策”的红外中银道面非常巡天（GLIMPSE）和内银道面多波段成像测光巡天（MIPSGAL）对银道面进行了迄今最高灵敏度和分辨率的观测。MIPSGAL的首席科学家、美国加州理工学院的肖恩·凯里（Sean Carey）说，即使是在可以预见的未来这些大尺度的观测也绝对是最佳的。这是因为在十年之内没有哪一个计划能集灵敏度和大视场于一身。
　　这两个巡天覆盖了银道面上下各1°、银心两侧各65°的天区。它们在近红外和中红外波段观测了从银河系中央核球到旋臂在内的银河系结构。
　　“GLIMPSE所观测到的大部分恒星是以前从没有见到过的，”GLIMPSE首席科学家、美国威斯康星大学麦迪逊分校的天文学家埃德·丘奇威尔（Ed Churchwell）说，“在我们观测到的天体中有许多天体是2微米全天巡天已经观测到过的，因此两者之间可以进行交叉认证。但是，即使是在近红外波段，尘埃也会限制可观测到的恒星数量。所以GLIMPSE星表中所给出的1.1亿颗恒星并不全是新发现的，但是其中大部分是以前没有观测到过的。”

　　猎户星云（M42）从地球上看起来蔚为壮观，银河系中其他的恒星形成区则相形见绌，但这很大程度上是由于它距离我们近而造成。版权：NASA/JPL-Caltech/T. Megeath (University of Toledo) & M. Robberto (STScI)。
　　在“斯皮策”发射之前，对银河系中恒星形成区数目的标准估计值在5,000到7,000之间。根据新的数据，天文学家可能不得不把原来的这个数字翻倍。初步的结果显示，这个值可能在10,000到15,000之间。
　　GLIMPSE还观测了恒星泡、恒星外流和原恒星。MIPSGAL所观测的目标温度比GLIMPSE更低，其中包括了恒星形成区中的尘埃以及即将形成的恒星。MIPSGAL还观测了处于生命尾声的恒星，这些恒星会膨胀并且开始损失质量形成尘埃壳层。

　　猎户星云——并没有想的那么大
　　此外，这两个巡天都证实，天空中被研究的最多的恒星形成区猎户星云（M42）和更遥远的恒星形成区比起来其实并不大。天鹅星云（M17）、船底星云或者是RCW 49中的恒星形成活动都能让猎户星云相形见绌。恒星形成区中的星团通常可以包含有几百到上千颗的恒星，这些恒星中的绝大部分又位于双星系统之中。
　　“我们发现了大量以前没有见到的恒星形成区，且这些恒星形成区遍布每个角落，其广度超出了我们的想象，”丘奇威尔的博士生马修·波维奇（Matthew Povich）说，“人马座中的M17其实是一个巨型的恒星形成区。它包含了一个质量相当大的星团，其中还有几颗银河系中最亮的年轻恒星。正如M17所显示的，在不一样时间都会有恒星形成，因此通常很难区分。”
　　天鹅星云（M17）位于人马座，距离地球大约5,500光年。其中的恒星形成速度甚至比猎户星云还要快得多。版权：NASA/ESA/J. Hester (ASU)。

　　当天文学家试图要计算银河系中的恒星形成率是否真的比现在预期的要高的时候，这一不确定·X·就会让人对此尤为困惑。不过，GLIMPSE的初步结果还是显示银河系中的恒星形成率可能需要大幅度地上调。
　　丘奇威尔的小组估计了M17中的恒星形成率，发现大约是每年0.008个太阳质量——远高于银河系中的平均水平。由于只详细研究了几个大的恒星形成区中的恒星形成率，因此很难精确地给出最新的银河系全局的恒星形成率。且由于这个问题本身的尺度和复杂·X·，对这一问题的研究还必须要有一个长期的计划。
　　即使如此，银河系中的恒星形成区大多分布在距离银河系中心10,000到30,000光年的范围内。而太阳系到银心的距离大约为26,000光年，差不多正好位于盾牌-半人马旋臂和英仙旋臂之间。
　　在这个距离上，星际物质中原子和分子的比例大约是五五开。在这个距离之外，氢原子就会在星际环境中占据主导。由此在太阳绕银心转动的轨道以外，恒星形成率就会快速下降。
　　高产的银心
　　但是，银河系中质量最大的一些恒星形成区都非常靠近银心。例如，拱形星团（因毗邻射电观测到的拱形纤维结构而得名）到银河系中心超大质量黑洞人马A*的距离不到几百光年。
　　“斯皮策”对银心也进行了观测，但是由于那里太亮，因此没有呈现出那些星团的更多细节。这些星团必定是最近才形成的，因为它们拥有大质量的恒星。但是形成这些星团的分子云比外部旋臂转动的速度要快好几倍，所以很难理解它们是如何把足够的物质聚拢到一起进而形成恒星的。
　　斯皮策空间望远镜观测到银河系中心区域。其中用黄色圆圈标出的三颗恒星是首次被发现的。银河系中心充满了恒星、气体和尘埃，是恒星形成重要场所。版权：NASA/JPL-Caltech/S. V. Ramirez (NExScI/Caltech)。

　　按照推测，先是一片稠密的分子云发生碎裂，然后这些碎块吸积周围的物质引发了恒星形成过程。年轻恒星的光亮会产生星风，这会使得恒星难以吸积更多的气体。当物质在引力的作用下落向恒星的时候，它也会绕着恒星旋转。因此它并不会径直下落到恒星的中心，而是盘旋着前进。
　　这就会产生离心势垒，使得物质无法靠近恒星。年轻的原恒星打破这一势垒的办法之一就是把物质送入它的偶极外流。在这个过程中气体喷流会从原恒星的两极往相反的方向喷出。这使得下落的部分物质可以进入吸积盘，并且最终掉到恒星上。这样一个盘就会向恒星的表面输入物质，随后还有可能在其中形成行星。
　　虽然如此，但银河系中大部分的恒星形成可能是由大尺度的密度波所触发的。当巨分子云进入旋臂的时候，就会被密度波扫过。美国哈佛史密松天体物理中心的天文学家马克·里德（Mark Reid）指出，由于旋臂转动的速度大约是整个银河系的2倍，因此这种情况会经常发生。
　　从星云到恒星
　　猎户座中的恒星形成区在最近1千万年的时间里已经产生了数千颗恒星。这些恒星形成区的大小从60到300光年不等，质量可以达到100万个太阳质量，是银河系中最大的结构之一。
　　绝大多数的大质量O型和B型恒星都形成于巨分子云。在刚刚诞生的时候，引力通常会把它们束缚在形成它们的星云之中。但是当这些大质量恒星开始发光之后，它们的紫外辐射就会驱散这些气体。此外，由于巨分子云内部的动力学作用，这些大质量恒星也会很快被甩出它们的巢穴。猎户座中的参宿四就已经踏上了一条不归路，在它形成之后的1千万年里它已经向外运动了150光年。
　　[船底星云（NGC3372）距离地球10,000光年。这张斯皮策空间望远镜所拍摄的红外照片显示的是这一星云中的恒星形成区。左下角为可见光波段的照片。版权：NASA/JPL-Caltech/N. Smith (Univ. of Colorado at Boulder)。
　　银道面中的绝大多数星团都不会存在很长时间。它们之间的约束并不紧密，随着时间的推移，其中的恒星回往各个不一样的方向运动。

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