銀河系以每秒500米的速度不斷增長，讓科學家感到驚訝

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群星璀璨、萬物有理

星系隨著時間推移而增長並不是什麼大秘密，引力的力量足以把幾百萬光年外小星系、氣體雲和星團拉攏變成更大的星系。我們的銀河系在其一生（120億年）中吞噬了數百個較小的星系，並且還在不斷吸引周圍的矮衛星系等。但星系演化發展有一個更微妙、更穩定的方式：內部氣體中不斷有新恆星出現。

根據一項新的研究表明，銀河系直徑大約有10萬光年，但隨著時間推移，它可能會慢慢地增長。圖片版權：R. Crain (LJMU) and J. Geach (U. Herts）

雖然大多數恆星都是在像銀河系這樣的螺旋星系平面或中心凸起中形成，但一項新的研究表明，隨著時間推移星系會向外擴展，這也就意味著恆星的物理範圍在空間上增加了，也就是銀河系正在以每秒500米的速度增長：每60萬年就會增長一光年。

一幅銀河系和周圍天空的天體圖清晰地顯示出銀河系的恆星密度和大小麥哲倫星系（我們星系中最大的兩個星系）。如果你自仔細看，杜鵑座47位於小麥哲倫星系的左邊，武仙座星團略高於星系核心，M15略低於星系核心。銀河系的整個範圍很難在銀河系銀道面內確定。 圖片版權：ESA/GAIA

當星系形成恆星時可以通過一些觸發特徵進行識別：

1、巨大的冷氣體雲緩慢坍塌

2、附近的超新星，推動附近氣體雲密度到更高

3、與附近的物質發生引力作用

相互作用的星系通常有較高恆星形成率，而與銀河系類似的獨立星系則是異常平靜。

漩渦星系(M51)旋臂是粉紅色的，因為有大量即將成型的恆星在旋臂上出現。在特殊情況下，鄰近星系與漩渦星系引力作用促進了恆星的形成。所有富含氣體螺旋都在某種程度上呈現出新星誕生的態勢。圖片版權：NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team STScI / AURA)

然而銀河系還有新的恆星誕生，儘管銀河系大約每年會創造出一個與太陽質量相差無幾的恆星，但它們大多出現在銀道面的密集雲層中，或者是銀河系中心突起的小區域。物理範圍內在擴大的銀河系外圍似乎並沒有太多恆星形成區。銀河系邊緣附近的小區域內也會有新恆星誕生，但由於新恆星的密度很低，所以在很大程度上是被忽視的。很長一段時間內，人們都堅定不移地相信一個假設：星系的半徑不會增長，除非有新的物質進入星系。但是一個新方法出現讓人們開始質疑陳舊的思維方式，這意味著銀河系螺旋隨著時間的推移正在不斷地增長

我們長期認為如果沒有新物質不斷落入螺旋形星系，那麼星系的大小和範圍會始終保持不變。然而如果新恆星在邊緣區域誕生，那麼發生在那裡的物理現象會導致恆星在超出原有恆星範圍內的軌道上運行，隨著時間推移，星系的半徑就會增大。圖片版權：NASA, ESA and W. Harris - McMaster University, Ontario, Canada

對「靜態銀河系」構想的質疑研究來自於加那利群島天體物理研究所 Cristina Martínez-Lombilla，Ignacio Trujillo Cabrera以及Johan H. Knapen。在銀河系平面內，測量幾千光年之外微弱物體是很困難的。相反研究小組對已經總結出與銀河系相似的螺旋星系進行研究，並特意研究了這些星系的邊緣。

距離3000萬光年遠的NGC 4565被稱為「針狀星系」，也是一個螺旋星系。在這個新研究中，是重點研究對象之一。圖片版權：Ken Crawford

研究人員用三種不同波長的光來測量追蹤在星系邊緣發現的恆星顏色和運動過程，這三種光分別是可見光（SDSS）、紫外線（含GALEX）、和紅外線（斯皮策）。如果能將來自新恆星的光線估算出來，不僅可以推斷出新恆星的徑向運動（靠近或遠離），而且還可以推斷出它的垂直運動：在星系圓盤內上下運動。這種運動可以幫助研究人員推斷出恆星離開誕生地所需要的時間，進而了解恆星所在星系增長有多快。

像這樣螺旋星系邊緣恆星的垂直運動能夠讓我們推斷出星系半徑增長率。令人驚訝的是，這些恆星甚至能在沒有引力增長的情況下成長。圖片版權：C. M. Lombilla / IAC

這就是銀河系的位置：通過測量銀河系邊緣附近恆星形成區域，能推算出星系的增長速度，銀河系已經很大了，但研究表明至少銀河系的可見部分正在緩慢地增大；雖然增長速度不是很快，但如果在30億年後再看銀河系，那它可比現在大了5%。由此可以看出銀河系正以每秒500米的速度向外擴張：大約每7小時擴張的距離與地球的實際尺寸相近。每60萬年銀河系就會增大一光年。

NGC 5907是一個5000萬光年外的旋渦星系，被在美國萊蒙山亞利桑那州被一個24英寸的望遠鏡捕捉到。這個星系也在研究項目之內，進一步的研究對確定螺旋星系如何增長有所幫助。圖片版權：J. Schulmann

儘管在螺旋星系中形成的絕大多數恆星都是在銀河系（本星系）中誕生，但其中很小一部分是在銀道面誕生的。許許多多新恆星將分布在不同的地方，其中一些恆星離銀河系中心的距離比其他任何新恆星離銀河系中心的距離都要遠。這些微乎其微的影響可以忽略，只要星系內部繼續有新的氣體形成，也就會有新的恆星出現。對於像銀河系這樣的獨立星系來說，這種緩慢的增長將持續40多億年，而後將會突然被另一種結果代替支配：與仙女座合併。

此圖是模擬銀河系和仙女座星系合併時的景象。當這種大規模的合併發生時，可能會噴濺出大量的碎片，進而創造出一個由正常物質主宰的衛星星系。 圖片版權：NASA, ESA, Z. Levay, R. van der Marel, T. Hallas, and A. Mellinger

在那時，銀河系和他姐妹星系的明亮程度將比現在大7%左右，而且合併肯定會用戲劇化的方式改變太陽的大小和位置分布。然而其他星系幾乎完全處於孤立狀態，最極端的例子就是MCG+01-02-015，在其方圓一億光年內沒有任何一個星系存在，據我們所知，它是宇宙中最孤獨的星系。

MCG + 01-02-015星系目前被認為是宇宙中最孤獨的星系，在其方圓一億光年內沒有任何一個星系存在。圖片版權：ESA/Hubble & NASA and N. Gorin (STScI); Acknowledgement: Judy Schmidt

多虧了這一新研究的分析使我們知道，即使離開一個被孤立的星系，它還是會繼續生長。雖然大部分的增長會發生在內部，但邊緣也會因為新恆星的誕生而有所增加。隨著時間的推移，宇宙的年齡是現在的三倍時，像銀河系一樣的獨立星系的直徑將是今天的兩倍。即使沒有任何物質落入星系中，只要星系內部有足夠的氣體來緩慢地、穩定地產生恆星，星系就會繼續生長。新恆星的出現可能與膨脹的宇宙無關，但不知何故即使它們之間的距離增加了也會讓人心安，可能是星系本身也會自行膨脹吧。

博科園-科學科普｜文 / Ethan Siegel / Forbes Science / S.W.A.B

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