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第二章 神秘莫测的宇宙奇观（第4页）

卡特回顾了各种质量范围内的恒星的初始质量方程。他分析的结果是：不管恒星的年龄及周围环境如何，它们都有着类似的初始质量方程。这种一致性真是出乎意料，它表明所有的恒星有着类似的形成机制。

恒星的形成是天体物理学领域中最为基础性的问题，因为它是解答其他许多问题所必须知道的常识。这些问题包括恒星系的形成、太阳系的形成等问题。这一物理过程涉及到了某一包含有不规则磁场的部分离子化媒介的紊乱行为。当前核心的争论主要围绕着紊乱开始消退的时间，以及磁场和紊流所起到的作用的重要程度。诸如毫米波照相机等新的技术进步使我们可以观察星体的温度及密度分布，并可以让我们统计分析在自身引力作用下正在崩溃及处于崩溃边缘的天体的寿命。同时，计算机计算能力的提高，使得我们可以使用包含磁场及紊流效应的更为复杂的模型。但现在任何一种模型都无法再现所有的观察结果。

我们的宇宙中最早的恒星是怎样形成以及什么时候形成的呢?最近的一些计算研究正在为这一问题给出答案。据初始星云核崩溃过程中恒星形成的三维计算分枧结果，第一颗恒星形成于大爆炸后约一百万年；每千个原子中只有一个有幸参与到第一代的恒星中去。但若要计算后来发生的复杂的星际气体动力状态及反馈的话，将不得不建立更为复杂的系统，同时要面临更大的挑战。

恒星在任何类型及处于任何演化阶段的星系中都是普遍存在的。同时，我们还发现恒星在非常广泛的环境中形成，从接近巨型的分子星云到存在于发生了星际爆发及处于聚合状态的星系中的超巨型分子星云。在我们的星系及其他的星系中那些有代表性的恒星都是作为恒星群中的一员而形成的，这就表明恒星的形成是发生在恒星群内部的事情，而不是一个个孤立的现象。对于恒星成群形成理论最大的挑战是如何理解恒星中质量的均匀分布。

在某一特定的太空空间中，某一恒星形成过程中的质量分布叫做IMF~．对于质量很低的褐色小星到巨大的恒星，天文学家们都估计了它们的IMF。他们还对各种不同环境中恒星的IMF’进行了比较，发现它们的IMF出乎意料地一致。这里所谈到的环境包括：在现在的一些小分子星云中处于形成状态的恒星，在大星云中处于形成状态的高密度的恒星群，及远古时为暗物质控制的贫金属外来恒星群。IMF一致性的结果给现在恒星形成理论带来了挑战，因为根据现在的恒星形成理论，IMF应针对不同的恒星形成条件而发生变化。

星系与星云

河外星系是人们对银河系以外宇宙太空星系的总称。它是类似银河系那样的庞大的天体系统，它包括恒星、双星、聚星、星团、星云、分子云、星际尘埃、宇宙线以及星际磁场等。现在科学技术的能力人们已观测到的星系总数达到了一千亿个。

1845年英国人罗斯制成一具当时口径最大（1．84米）的望远镜，用这具望远镜他将许多赫歇尔未能分解的星云分解为恒星，使得宇宙岛的观念又引起人们的关注。但是，1864年英国人哈根斯使用光谱分析的方法观测星云，他发现许多星云的光谱是由几条明线组成，即这些星云是一些发光的气体，从而又一次否定了星系的存在。围绕着上述的两种观点，科学家们展开长久的辩论，到了1918年，美国天文学家沙普利根据球状星团的距离，把银河系的直径定为26万光年。而在这之前，对一些漩涡星云距离的测定由于方法不对或者测量不精确，普遍被缩小了，且都小于沙普利所观测的银河系的直径，因此，沙普利反对存在河外星系的见解；另一方面，美国天文学家柯蒂斯等人陆续在一些漩涡星云中找到一些新星，他根据新星的光度测定了这些漩涡星云的距离，得出这些星云的距离是很遥远的，超出了银河系的范围。1920年4月两种对立观点的代表人物分，未得出最后的结论。1923年美国天文学家哈勃用当时最大的天文望远镜观测仙女座大星云，他把仙女座大星云外围部分分解为恒星，并从中找出几颗造父变星，利用造父变星能够指示距离的特性（称为造父视差），求出仙女座大星云的距离为50万光年（比实际距离要小得多），远远大于沙普利所定出的银河系的直径。后来在其他星云中也发现了造父变星，发现那些星云们距离更遥远。这样，人们才最后确认了河外星系的存在。

现在已知最大的星系是射电星系3C236，它的两个射电瓣两端相距可达六光秒差距以上。星系的大小相差悬殊，星系的质量和光度也彼此各异，漩涡星系的质量为109—1011太阳质量，即太阳质量的10亿至1000亿倍。不规则星系的质量比漩涡星系的质量普遍要小一些。至于椭圆星系，有的很大，比漩涡星系的质量要大1百至1万倍，称为巨椭圆星系；有的椭圆星系质量较小，只有太阳质量的百万倍，称为矮椭圆星系。

20世纪初，天文学家发现绝大多数河外星系的光谱线都有向红端位移的现象，根据多普勒定律，这表示绝大多数星系都在远离我们，远离的速度v与位移质量的大小成正比。又根据哈勃定律，星系远离速度V和星系距离R成正比。因此，由谱线红移的大小可知星系远离我们的速度V，根据哈勃定律便可测定出星系的距离R。

1912年，美国科学家最先利用谱线红移测量了河外星系的视向速度，结果除以上两星系光谱线向紫端位移外，其余星系的谱线都向红端位移。

1928年，美国天文学家斯里弗利用星系谱线红移测定了星系的视向速度，在这同时，美国天文学家哈勃和哈马逊测定了一些河外星系的距离。

1929年，哈勃根据24个已知距离和视向速度的河外星系，确定了星系视向速度和星系距离成比例的关系，距离越远，视向速度越大，这一速度距离关系叫哈勃定律。除了几个最近的河外星系之外，其余的星系都在离银河系而去，凼此，这些星系的视向速度又称退行速度。

哈勃定律支持了宇宙膨胀学说。哈勃定律对正常星系而言是正确的，对类星体或其他特殊星系是否适用呢?目前还没有一致的看法。

邻近银河系的河外星系是大麦云和小麦云。前者距离为52千秒差距，约16万光年；后者距离为63千秒差距，约“万光年”。1515年～1521年，葡萄牙航海家麦哲伦作环球旅行经过南美洲南端一个海峡时，看到天顶附近有两个很大的星云。水手们回到欧洲后，介绍了麦哲伦的发现。后来人们便把其中较大的称为大麦哲伦星云（简称大麦云，位于杜鹃座内），较小的称为小麦哲伦星云（简称小麦云，位于剑鱼座和山案座交界处）。大麦云属棒旋星系，质量约为10…太阳质量；小麦云属不规则星系，质量约为2×10＼＋９太阳质量，只有大麦云质量的1／5。跟银河系相比，它们都很小，可以认为是银河系的两个伴星系，三者形成一个三重星系。

大、小麦云中含有大量的星际气体，它们有一个共同的气体包层，并有气体从中流出，伸向银河系，形成联结大、小麦云和银河系的气体桥。这是银河系的潮汐力作用的结果。

在大麦云中观测到一个著名的发射星云——剑鱼座30，它的形状很像蜘蛛星云，其直径约为500秒差距，质量达5×10＼＋６太阳质量。

距离银河系最近的星系是1994年发现的一个暗弱的矮椭圆星系，它位于人；马座中，距离我们地球约8万光年，实际上它与银河系中心的距离大约5万光年，只及大麦云距离的1／33。这个矮星系的大小约10000光年，是正常的矮星系直径的十倍。

最远的星系是位于织女座中的一个无名星系，它是1996年发现的，距离在80亿至120亿光年之间，天文学家们认为这一星系是非常年轻的，年龄可能只有1亿年，它正以每年80个太阳质量的速率将气体转化为恒星。顺便指出，现在已知宇宙中最遥远的天体是类星体PCI247+3406，距离为80亿至150亿光1年。这样遥远的距离意味着我们今天所看到的类星体还是它80亿至150亿光年前的样子。

如今，天文学家还尚不知晓星系相撞的模拟实验是否跟实际上的天文观测相吻合。

早在20世纪70年代，美国天文学家借助安装在智利的天文望远镜研究确认，当宇宙中发生并非如此罕见的宇宙悲剧——巨大星系相撞时，会导致这些相撞星系形状上的变化，还会破坏新恒星的诞生过程。美国天文学家基于大量观测认为，跟中学现代天文学教科书中关于宇宙演化的概念恰恰相反，新诞生的一大批恒星比整个宇宙要年轻的多。但是，当初，很少有人相信这一点……

1997年10月底，美国天文学家们借助修复后的‘‘哈勃’’太空望远镜拍摄了一张发生最大宇宙悲剧的照片——触角星云中的两个大星系相撞，发生这一宇宙悲剧的地方距离我们6300万光年远。“哈勃’’在瞬间拍下这一星系撞击的宇宙悲剧的同时，又在这“一瞬”的宇宙尺度内拍下一千多个新诞生的恒星群。这些细微宇宙照片使天文学家们大为震惊，他们通过亲眼目睹这一星系大撞击的宇宙奇观才如梦方醒，原来，星系之间并非相互隔绝，也并非静止不动。恰恰相反，它们相互撞击，融为一体并贪婪地“吞噬”着它们的“近邻”。与此同时，爆发出强烈的闪光并突然冒出火光，改变着自己的形状。这一震惊科学界的新发现，从根本上改变了天文学家的传统思维和对宇宙演化的旧有观念，这有助于我们对真正宇宙史的理解和认识，从而解开了历代各民族和天文学家自古留下的关于宇宙奥秘困惑不解的谜团。我们人是从哪里来的?主宰自己的路又通向何方?我们生命的真谛是什么?一系列令人不可思议的种种疑团。位于触角星云中的两个火星系发生大撞击的惊心动魄的场面：撞击、融合、吞食、火光、变形……这就是宇宙演化的自然法则。发生这一宇宙悲剧现场距我们6300万光年之远。

1994年7月的“彗木之吻”使天文学家们亲眼目睹了一场天体大撞击的宇宙奇观和悲剧般后果。然而，这不过是在太阳系尺度上的一次普通天体撞击现象。倘若两个对面飞驰而来的星系相撞或彼此“擦肩而过”，那便是天体力学上一个惊人庞大的宇宙过程，要从头至尾观测完这一过程需花费几亿年时间，即便几十代天文学家的辛勤努力也恐难胜任这一天文观测。

为了全面揭示和研究星系相撞会导致什么样的悲剧性后果。前不久，日本天文学家借助计算机和数学模拟系统，总共只用了几小时的时间就完成了通常需要几亿年时间才能完成的一项星系碰撞模拟实验。

在实验现场显示出两个相撞后相互作用的星系之间出现的遥远异地的宇宙奇观：在对撞的两个星系之间出现光桥、光尾、“纽带”状和圆盘状星系的扭曲变形等现象。但模拟计算并不能对相互作用星系的某些特性作出解释，比如：两个星系相撞时的颜色为什么往往跟单个星系的颜色截然不同?两个星系较高的x射线亮度与什么有关?归根结底的问题是：为什么在数学模拟实验时总是不出现环状星系?这一点早已引起天文学家的关注。

在日本天文学建立的星系模型中，除模拟星系中衰老恒星的普通恒星外，还有年轻恒星的星际气体云。这些天体和星际介质通常不是点状，它们都是具体尺寸，还能相互碰撞并吸引到一起，最终收缩，在其内部还会诞生年轻恒星。这些年轻恒星在几年的时间里仍放射着耀眼的光耀。当然，按照模拟实验的测定，这些恒星最终将发生超新星爆发。这些超新星爆发，将摆脱掉自己膨胀的星壳，并加大其混沌状态时的速度，进而向天文学家描绘出最近几年来星系中恒星和星际气体之间的这种相互作用的情景。

这次数学模拟实验表明，在两个星系飞速接近时，这两个星系的气体云中的次星系并非像圆盘状星系中的次星系那样牵制着自己。这时，恒星就会在两个相互接近的星系之间形成“纽带”，或形成被强力展开的螺旋状分支物，气体云会形成环状结构，其半径小于恒星圆面的半径。邻近星系的影响会破坏气体云沿圆形轨道匀速运动，它们往往相互碰撞从而强化了恒星的诞生过程。几亿年后，星系掠过最近点后，星系间引力的相互作用促进了恒星的形成过程，从而使恒星形成的强烈度达到极点，其恒星形成的速度是孤立星系中恒星形成正常速度的十倍。

大批年轻的恒星由于两个星系的相互作用，明显变换着自己的颜色，它们的颜色变得更加蔚蓝，而其余恒星则是致密的相对论性天体——中子星和黑洞，它们成双结对地栖身于众多的普通恒星之中并伴它们同行，进而变成强x射线源，它们还能明显强化这一区域中星系的亮度。