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網友提問:「銀河系的光環是有什麼組成的?為什麼它一直不離不棄的環繞在那裡?它又是怎麼到銀河系的?」
答:光暈(幾乎)是一個圍繞銀河系的球狀區域,主要組成部分是暗物質(它像聖徒頭邊的散射光,但不是卡通動畫中天使頭上的黃色光環)。暗物質之所以「暗」是因為它不會發出任何電磁輻射,所以暗物質只能通過引力相互作用來研究。暗物質,特別是光在經過暗物質時會像通過凸透鏡一樣發生彎曲,這就是「引力透鏡」效應。
圖解:用宇宙學n體模擬暗物質暈
許多理論解釋了暗物質可能組成的部分,可能是暈族大質量緻密天體,也可能是大質量弱相互作用粒子。大規模緻密天體如死恆星和行星一樣,屬於相似物質,在理論上它們構成了星暈的大部分質量。但對引力透鏡速率的檢測卻排除了這一可能,因為它們的數量並不足以構成星暈。
圖解:暈族大質量緻密天體,又名大質量緻密暈天體,是一個天文學的普通名詞,可以用來解釋可能存在於星系暈的暗物質。暈族大質量緻密天體是一些體積很小的大質量重子物質,沒有或只有很少的電磁輻射,在星際空間不與恆星系統發生影響。暈族大質量緻密天體自身不發光,所以很難被探測到。暈族大質量緻密天體也可能是黑洞、中子星、褐矮星、自由行星、白矮星和非常微弱的紅矮星,也有人認為暈族大質量緻密天體和大質量弱相互作用粒子(WIMP)都是暗物質的候選者之一。
大質量弱相互作用粒子是一種仍然停留在理論階段的粒子,它和中微子有點類似,極少與普通物質發生相互作用,它們與中微子不同的地方在於它們的質量可以很重。星系暈的組成部分對宇宙學至關重要,因為宇宙的大部分質量集中在銀河系光暈中,而宇宙的演進很大程度上取決於每種暗物質的數量。(真是令人激動)
圖解:從引力透鏡產生的效應,星系團CL0024+17內部被發現存在有一個暗物質圈,在這張哈勃太空望遠鏡像片裡以藍色顯示出來。
不是所有的物質都是「暗物質」。光暈是一些遠古星群的源頭(即球狀星團)。它們之所以程為遠古星群是因為他們的恆星含有低放射性的重元素,這些重元素並不存在在年輕宇宙中,而是隨著時間的推移在超新星中誕生。這些星群基本上是在星系核的隨機軌道上運動。
圖解:X射線、紅外線和可見光影像合成的多波段克卜勒超新星遺蹟,SN 1604。
所以,它們為什麼會在這?星系形成的標準模型包含了所有由暗物質光暈組成的星系。暗物質光暈比這個可見模型更早出現,因為暗物質與普通物質作用不強(重力作用可以幫助它們交互),也沒有大氣壓的支持(不像常氣壓)。對於可視物質來說,我們星系正形成時,球狀星團早已形成,而其他恆星則來自被我們星系被瓦解的小星系。於是有人說球狀星團像是銀河公路殺手。
相關天文知識
銀河系暈是延伸的又近似球形的組成結構,它可延伸到銀河系主要的可見部分外。以下是銀河系光暈的幾個組成部分:
恆星星暈銀河日冕(熱氣,如等離子體)暗物質暈
在旋渦星系中,光暈和銀河系主體的差別最明顯:光暈的球形和扁形形成鮮明對比。在一個橢圓星系中,光暈和星系的其他組成部分並沒有很大的區別。
宇宙冷物質模型模擬了恆星系的形成過程,並模擬了星系的演進,例如光暈誕生於微塵中,(星系乃由宇宙中旳微塵所形成。原本宇宙有大量的球狀星團,後來這些星體相互碰撞而毀滅,剩下微塵。這些微塵經過組合,而形成星系。)說明星系的大部分是先由微小物質組成的。光暈由重子和暗物質組成,兩者交互形成光暈。有證據表明加重力和原始黑洞的存在也可能與星系光暈的組成部分有關。光暈合併後的氣體流向中央星系並成為其部分,而恆星和暗物質則留在星系暈中。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.panda-curious
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