恒星流

1994年发现的人马座星流，可能是最令人印象深刻的已知星流。这条星流宛如一串巨大的恒星项链，环绕在银河系周围。它的跨度超过100万光年，包含了大约1亿颗恒星，一直连接到人马座矮椭圆星系(Sagittarius dwarf elliptical galaxy，“矮”是指星系规模很小，“椭圆”是指星系形状呈椭球状)。银河系周围与它类似的小星系共有15~20个，它们就像卫星绕着行星一样围绕银河系旋转(因此又被称为卫星星系)。这些卫星星系大小不等，既有质量约为银河系十分之一的大麦哲伦云(Large Magellanic Cloud)，也有质量为银河系百分之一的人马座矮星系，甚至还有质量仅有银河系百万分之一的暗弱星系。

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。

星系瓦解原因

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。

发现这些星际移民，需要一双锐利的眼睛。从理论上说，这些恒星会排成长长的一串(也就是星流，stream)，从而暴露自己的行踪，就像拥挤舞池中的康加舞队一样(康加舞起源于拉丁美洲，舞者会排成一个长队一起舞蹈)。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。为了克服这一难题，最近许多研究人员都采用了“匹配过滤”技术(matched-filtertechnique)，这是第二次世界大战时期开发出来的技术，当时被用来获得来犯敌机的清晰影像。只要知道了土著恒星和“星际移民”的大致形态，这项技术就能过滤掉前者，让星流显现出来。

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。

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。

我们都习惯用位置和速度来刻画物体的运动。但运动还有其他不同的特性，可以用诸如能量和角动量之类的物理量来描述。正如物体的空间位置能够用3个坐标来描述，因此被称为三维空间一样，我们也可以用位置加上动量(一共6个物理量)来描述物体的运动状态，这个抽象的六维空间被称为相空间(phase space)。相空间的优点在于，与真实空间相比，恒星在相空间中的排列模式更有还原性(这里是指经历巨大变化之后恢复原状的能力)。尽管星系的吞并消化过程通常会破坏星流的空间结构，却无法抹去它们在相空间的整体结构[这就是统计力学中的一个重要原理——刘维定理(Liouville's theorem)]。

因此，通过测量能量、角动量和相空间中恒星随机样本的密度，研究人员就能识别出无法直接观测到的星群。它们是很久以前被银河系瓦解的卫星星系的魅影。几个研究小组，例如荷兰卡普坦天文研究所(Kapteyn Astronomical Institute，位于格罗宁根市)的阿明娜·希勒米(Amina Helmi)和美国华盛顿大学的克里斯·B·布鲁克(Chris B. Brook)各自领导的小组，已经用这项技术发现了一些被吞并的卫星星系的遗迹。目前已被发现的遗迹都位于太阳系附近，因为现有设备还无法足够精确地测量更遥远恒星的三维运动。

发现14条独特的恒星流

斯隆数字巡天计划测量了所选区域内近25万颗恒星的运动，寻找以相同速度飞行的星团。搜索发现了14条独特的恒星流，其中11条前所未见。美国加州大学圣克鲁兹分校研究生凯文·施劳夫曼(KevinSchlaufman)说，因为这次调查仅仅针对于银河系的极少区域，发现14条恒星流预示着“我们可能会在银河系剩余区域内发现大批恒星流。”

施劳夫曼表示，在银河系内7.5万光年的范围内有将近1000条恒星流，并估计他们观测到的14条恒星流每一条都是独立的结构。另外还有一种可能性，即恒星流其实比估计的数量少，因为它们在不同地区多次出现，以致研究人员认为数量很多。

40亿年前星系灭亡生成半径15万光年恒星流

一支国际天文学家小组在两个邻近的螺旋星系外缘发现了巨型恒星流。这是天文学家第一次对星系相互吞食进行全景观察，这种星系吞食与银河系吞噬附近的人马座矮星系类似。

第一个巨型星流分布于距离地球4000万光年的星系NGC5907周围。这个巨型星流由至少40亿年前它的一个矮伴星系毁灭形成。研究小组表示，这个矮星系以恒星、星团和暗物质的形式失去大部分质量。所有这些均遍布在它的轨道周围，最NGC5907终形成一个复杂的十字形“星系化石”集合，“星系化石”的半径长达15万光年。

西班牙卡纳利天文物理研究所研究员、进行此次观测的研究小组负责人大卫·马丁内斯说：“我们的观测结果为了解螺旋星系周围出现的壮观天文现象提供了新视角。晕轮中含有‘矮星系化石’，为我们研究类似银河系的星系形成的最后阶段提供了一个特殊机会。”天文学家的寻找之旅并没有发现被吞噬的星系的主要天体，他们依此断定这个星系现已被完全摧毁。马丁内斯说：“这些星流很难被探测到，所含恒星的密度极低。这种低密度让它们给人一种可怕的感觉。如果与矮星系之死联系在一起，它们可能被称之为现已被吞噬的星系的鬼魂。”

研究小组还在星系NGC4013中发现了另一个巨大细长的环状恒星流。NGC4013位于大熊星座，距地球近5000万光年。这一星流从中心伸出的鬼魂般的尾巴长度超过8万光年，由古老的贫金属恒星组成。虽然尚不清楚它的三维结构，但可能与麒麟星座的“星流”非常类似，所说的“星流”是围绕银河系的恒星组成的一个环，由30亿年前一个矮星系毁灭形成。

加拿大维多利亚大学理论天体物理学家、研究小组成员约格·帕尔鲁比亚擅长创建星流模型。帕尔鲁比亚表示：“与这些星流相匹配的理论模型允许我们再现它们的历史，并描述其中一个最为神秘同时也最具争议的星系组成成分——暗物质。”

3条恒星流环绕着银河系

2007年，美国科学家在银河系周围发现三条恒星流，这些恒星流可能是“遭到肢解”的星团和星系的残留物。

恒星流的发现表明，银河系可能对这些“匆匆过客”而言是个不能久留的危险之地。美国加利福尼亚理工学院的研究人员卡尔·格里尔迈尔近日在美国天文学会大会上详细描述了他们的发现。这些恒星流据认为形成于数十亿年前，当时银河系的引力缓慢地将球状星团、甚至矮星系撕裂分开。这些恒星之间的距离曾经十分紧凑，但在高速经过星系晕时，在银河系的引力作用之下，它们的运行速度减缓，相互间的距离达数光年远。

在此项研究中，格里尔迈尔及同事分析了来自“斯隆数字巡天”(SDSS)计划的数据，对恒星颜色和发光强度进行了比较，把相似的恒星分成一组。结果发现，在最新找到的恒星流中，其中两个距地球约13,000光年远，有可能是由数十万个古老恒星组成的球状星团的残余物。天文学家已确定了约150个绕银河系运行的球状星团，不过他们认为过去宇宙中可能存在数千个此类星团。

第三个恒星流距离地球约130,000光年远，可能是目前已知距离银河系最近的矮星系。迄今为止，天文学家在银河系发现了约20个矮星系，但同时他们对为何不能找到更多矮星系充满困惑。格里尔迈尔在接受美宇航局太空网采访时表示：“新发现可能向我们揭示了看不到它们的原因，因为它们的分布状况全部与上述这些恒星流很相似。”他接着解释说，矮星系同银河系之间可能存在着一个安全距离，任何越过雷池一步的矮星系可能会被“烤焦”。

天文学家认为，矮星系中由数亿颗恒星组成，可能充满了暗物质，暗物质被认为是将银河系紧紧粘在一起的“胶水”。据格里尔迈尔推测，恒星流在未来几年将是科学界关注的焦点，因为它们是科学家了解银河系过去、现在和未来的窗口，还有可能是证明暗物质存在的证据。

有关银河系形成的一种理论称，无数矮星系融合在一起，并持续着这种融合态势，最终形成了银河系。科学家推测，新发现的矮星系流可能就是这种融合的结果，在银河系引力的诱惑之下，逐渐臣服于银河系。格里尔迈尔说：“最新发现对银河系考古研究而言是激动人心的时刻，发现更多恒星流确实有助于我们深入了解银河系的结构和演变。”

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[1]、http://tech.sina.com.cn/d/2008-04-18/07502146315.shtml

[2]、http://itech.online.sh.cn/content/2007-06/05/content_1972159.htm

[3]、http://news.rednet.cn/c/2008/08/20/1577443.htm