銀河系旋臂斷裂,銀河系正在解體?地球還安全嗎?

2023-11-14   魅力科學君

原標題:銀河系旋臂斷裂,銀河系正在解體?地球還安全嗎?

我們所在的銀河系,是一個擁有2000至4000億顆恆星的龐大星系,其整體形狀是一個扁平的盤狀結構,其中分布著多條螺旋狀的結構,它們呈現出從裡向外旋卷的形態,天文學家被其稱為旋臂。

陽就是位於一條被稱為「獵戶臂」的旋臂內側邊緣,根據天文學家的測算,太陽距離銀河系中心約2.6萬光年,它帶領著太陽系中包括地球在內的眾多天體,以大約每秒220公里的速度圍繞著銀河系中心公轉,其公轉周期的估計值為2.25億至2.5億年。

銀河系有4條主要旋臂,「獵戶臂」只是其中之一,其它的3條旋臂分別是「人馬臂」、「英仙臂」和「天鵝臂」,在過去的很長一段時間裡,天文學家都認為,這些旋臂是完整的,然而隨著觀測水平的不斷提升,天文學家卻發現,有一條銀河系旋臂出現了斷裂。

在對斯皮策太空望遠鏡和蓋亞衛星傳回的觀測數據進行仔細分析後,天文學家發現,銀河系的「人馬臂」上有一部分恆星和氣體雲的運動狀態與旋臂本身相差很大,進而形成了一個俯仰角約為60度的奇特結構,從整體上來看就是,「人馬臂」出現了一定程度的斷裂,而這個結構則是斷裂後形成的突出部位。

這樣的情況不免令人擔心,銀河系旋臂的斷裂,是否意味著銀河系正在解體?我們的地球還安全嗎?要回答這些問題,我們可以先來了解一下星系的旋臂到底是怎麼形成的。

星系的旋臂曾經被認為是由固定的物質構成的,但假如真是這樣的話,就會遇到一個問題,即:在這種情況下,旋臂上接近星系中心的物質與邊緣物質的旋轉速度會存在著明顯的差異,如此一來,要不了多久,旋臂就會隨著星系的旋轉而越卷越緊,進而變得與星系的其他部分難以區分。

這個問題也被稱為「纏繞問題」,為了解決這個問題,天文學家提出了「密度波理論」。

該理論認為,當星系中的眾多天體以及星際物質在圍繞銀河系中心的旋轉時,它們的軌道不可能是一個完美的圓形,其旋轉速度也不可能是絕對勻速,在這種情況下,星系不同的區域就會不可避免地出現密度差異,而密度差異一旦出現,那麼在引力的作用下,高密度區域中的物質就會趨向於更密集,而低密度區域中的物質則會趨向於更稀疏。

隨著星系整體上的旋轉,星系物質就會形成一種有些區域密集、有些區域稀疏、長軸不斷旋進的橢圓,這就被稱為「密度波」,其物質密集區域可稱為「波峰」,物質稀疏區域可稱為「波谷」,當銀河系中的眾多天體以及星際物質在「密度波」中運動時,「波峰」處就可以造成類似堵車的效果,進而形成旋臂結構。

也就是說,星系的旋臂本質上其實是構成星系的物質在星系盤中形成的「密度波」,星系中的眾多天體以及星際物質會在其中「進進出出」,只不過在旋臂的引力作用下,它們在「進去」的時候,速度會增加,而「出來」的時候,速度則會減慢,如此一來,旋臂中就總是聚集了大量的恆星。

(星系旋臂的簡化模型)

由此可知,銀河系中的眾多天體以及星際物質只是在旋臂中運動,而不是與旋臂綁定在一起,因此旋臂的形狀和位置可以較長時間地保持相對不變,這樣就解決了「纏繞問題」。

由於「密度波理論」與觀測事實基本相符,因此該理論得到了科學界的普遍認同,據此我們也可以清楚地看到,銀河系的旋臂並不是銀河系的支撐結構,所以銀河系旋臂出現斷裂,並不意味著銀河系正在解體。

天文學家認為,星系的旋臂並不是一成不變的,在恆星和星際物質的自引力、氣體的壓力、磁場的作用、恆星的形成和演化、星系間的引力相互作用等等因素的影響下,旋臂就可能被扭曲和拉伸,甚至還會出現斷裂和重疊的現象,所以此次發現的「人馬臂」的斷裂,其實只是銀河系的一種自然的演化過程,我們不必為此擔心。

至於地球的安全,我們就更不用擔心了,因為地球距離「人馬臂」的斷裂區域有好幾千光年,如此遙遠的距離使得該區域中的那些恆星和氣體雲根本就不會對地球造成任何影響,實際上,地球的安全主要取決於太陽系內部的環境,例如太陽的活動、行星的運行軌道、小天體的碰撞等等,而根據已知的觀測數據,在未來很長的一段時間之內,地球都是安全的。