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科學報 科學文摘 宇宙

作為盤狀結構,星系與太陽之間,有何相似之處?


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更新日期:2022310
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星系是否可能僅僅是個超大質量的原始行星盤(中心的“凸起”是“太陽”的開始)? 如果是這種情況,並且理論上來說在銀河系的中心有一個黑洞,那麼是否在太陽中心也有可能有一個小黑洞呢?

正如上文提到的,旋渦星系與原始星盤有一定的相似度,比如他們盤狀的外形。在兩種情況下,盤狀結構形成的物理過程相同:坍縮形成星系的物質與坍縮形成恒星或者行星的物質必須保留角動量。這樣的話,盤狀結構就會形成。事實上,盤狀結構的形成是天文物質的普遍特征:圍繞行星的環、圍繞黑洞的吸積盤、原行星盤與漩渦星系盤都是角動量作用的例子。

圖1:藝術家對原行星盤內形成的行星的再現。人們認為中心恒星和行星是由類似的物質形成的。這些天體之間的成分差異可能為行星的實際形成提供線索。(圖片來源:美國航空航天局Pat Rawlings)

不幸的是,這樣的相似性不意味著太陽的中心有一個迷你黑洞。黑洞可以看作具有無限密度的時空區域。然而最好的太陽模型顯示太陽的中心密度大約有150克每立方厘米,與無限遙不可及。此外,比太陽小的物質會對周圍的太陽物質施加強大的潮汐力(事實證明黑洞越小,潮汐力越強)。沒有證據表明存在如此大規模的擾動物質。最後,我們所理解的黑洞形成的機制不包括在恒星中心形成迷你黑洞的方法——這樣的黑洞必須是大爆炸的殘餘物(或者由我們尚未預測到的機制所形成),這種情況下就需要建立一個新的關於恒星形成的理論了。

圖2:人類拍攝到的首張黑洞照片,由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)拍攝的M87星系中心超大質量的黑洞的照片

綜上所述,在太陽中心存在黑洞的可能性極小。

圖3:漩渦銀河及其壯觀的螺旋臂(來源:NASA / ESA)

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然而,天文學家們確實認為在大多數星系的中心存在一個超大質量的黑洞(這裏的超大質量大約是太陽的數百萬倍)。這些超大質量的黑洞在星系的形成過程中發揮了重要作用,並且起到了穩定星系盤的作用。

圖4:NASA用核光譜望遠鏡陣列拍攝到了NGC 1068螺旋星系,該星系位於鯨魚座,距離地球4700萬光年。圖片中展示了可見光與X射線,而X射線則來自星系中央一個活躍的超大質量黑洞。

相關知識

星系(英語:Galaxy),在日文漢字譯字為銀河,但在中文銀河是特指銀河系。源自於希臘語的“γαλαξίας”(galaxias)。廣義上星系指無數的恒星系(當然包括恒星的自體)、塵埃(如星雲)組成的運行系統。參考我們的銀河系,是一個包含恒星、星團、星雲、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質,並且受到重力束縛的大質量系統,通常距離都在幾百萬光年以上。星系平均有數百億顆恒星,是構成宇宙的基本單位。典型的星系,從只有數千萬(10^7)顆恒星的矮星系到上兆(10^12)顆恒星的橢圓星系都有,全都環繞著質量中心運轉。除了單獨的恒星和稀薄的星際物質之外,大部分的星系都有數量龐大的多星系統、星團以及各種不同的星雲。

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太陽或日是位於太陽系中心的恒星,它幾乎是熱等離子體與磁場交織著的一個理想球體。其直徑大約是1,392,000(1.392×10^6)公裏,相當於地球直徑的109倍;質量大約是2×10^30千克(地球的333,000倍),約占太陽系總質量的99.86%,同時也是27,173,913.04347826(約2697.3萬)倍的月球質量。
從化學組成來看,太陽質量的大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

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2.天文學名詞

translate: Marcy

author: Kristine Spekkens

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