星流(Stellar Stream)指 银河系 中以相反方向运动的两群 恒星 ,是沿着一条狭长轨道围绕 星系 运动,由众多恒星组成的链状结构,是 球状星团 或者 矮星系 受到星系 引力 的巨大 潮汐 作用而逐渐变形、瓦解、撕裂形成的。星流为研究星系中 暗物质 的分布提供了有效的途径。
发现
截至2007年,已经在银河系中发现了十余个星流,由几千到几亿颗恒星组成,跨度从数万光年到数百万光年不等。一个典型的星流是1994年发现的 人马座 星流,包含了大约1亿颗 恒星 ,跨度超过100万光年,发源于 人马座矮椭球星系 。对星流中 恒星 的速度、位置的分析能够给出其起源的信息。随着时间的推移,这些星流会逐渐被 银河系 吸收。对星流的研究表明银河系在形成过程中 吸积 和吞并了众多 矮星系 ,改变了对传统星系形成理论的认识。
银河系星流
银河系的战俘
小星系一旦靠近巨星系,就会受到强大的 引力 潮汐 作用,逐渐扭曲、瓦解,并被拉成纤细而壮观的星流。
发现这些星际移民,需要一双锐利的眼睛。从理论上说,这些 恒星 会排成长长的一串(也就是星流,stream),从而暴露自己的行踪,就像拥挤舞池中的康加舞队一样(康加舞起源于 拉丁美洲 ,舞者会排成一个长队一起舞蹈)。
逆流追溯,有些星流会通向 球状星团 或者 银河系 的某个 卫星星系 ——那里大概是星流中 恒星 的发源地,有些星流则通往那些发源地如今仅存的遗迹。但实际上,由于“土著居民”相对均匀地分布在银河系中,星流几乎无法从点点繁星中突显出来,也就很难被人发现。
为了克服这一难题,最近许多研究人员都采用了“匹配过滤”技术(matched-filter technique),这是 第二次世界大战 时期开发出来的技术,当时被用来获得来犯敌机的清晰影像。只要知道了土著 恒星 和“星际移民”的大致形态,这项技术就能过滤掉前者,让星流显现出来。
本文作者之一伊巴塔及同事在1994年发现的 人马座 星流,可能是最令人印象深刻的已知星流。这条星流宛如一串巨大的 恒星 项链,环绕在 银河系 周围。它的跨度超过100万光年,包含了大约1亿颗恒星,一直连接到 人马座矮椭球星系 ( Sagittarius dwarf elliptical galaxy,“矮”是指星系规模很小,“椭圆”是指星系形状呈椭球状)。银河系周围与它类似的小星系共有15~20个,它们就像 卫星 绕着 行星 一样围绕银河系旋转(因此又被称为 卫星星系 )。这些卫星星系大小不等,既有质量约为银河系十分之一的 大麦哲伦星系 (Large Magellanic Cloud),也有质量为银河系百分之一的 人马座 矮星系 ,甚至还有质量仅有银河系百万分之一的暗弱星系。
居住在 银河系 附近可不是一件舒服的事情。这些小 星系 会逐渐变形,并被最终瓦解。人马座矮星系已经垂死挣扎了几十亿年,现已经走向瓦解。它的 恒星 将散落在整个银河系中,现在这样的星流也会逐渐消失,未来的天文学家将很难把它们与银河系的土著恒星区分开来。其他几个小星系也正在被银河系肢解,有些现在只剩下了一条星流。 大麦哲伦星系 则代表了另一类较为少见的现象—— 银河系 从那里夺走的是气体,而不是恒星。
星系 瓦解背后的机制是 引力 的 潮汐 作用,这是我们非常熟悉的,同样的机制在地球上产生了海洋的潮起潮落。一个 天体 的不同部分经受不同的引力作用时,潮汐力就会产生。
月球对 地球 朝向它的一面所施加的引力,比对背向它的一面施加的引力更大。两个力之间的差异尽管很小,不足以扯碎地球,却足以让海洋微微隆起。随着两个天体的相互绕转,海洋的隆起部位也会跟着转动,使地球上某一地点的 海平面 出现周期性的抬升或降低。与此类似, 银河系 也会在 卫星星系 或 星团 的一侧,施加比另一侧更大的 引力 作用,使它们扭曲变形。
在这样的作用下,卫星星系或星团中的 恒星 会逐渐被银河系拖走(见下图所示)。久而久之,卫星星系失去的恒星就会越来越多。这些恒星像面包上掉落的面包屑一般,在卫星星系的前后形成了长长的尾巴。
星流的探测
星流会被银河系逐渐吸收,最终化为无形。然而恒星运动的微妙线索,却能在茫茫星海之中,找到这些“星际移民”的蛛丝马迹。
人马座 矮星系 等卫星星系在 银河系 的构建过程中做出过贡献。这些发现彻底改变了天文学家原先对 星系 形成的理论认识:他们曾经认为,所有的星系都直接起源于原始 宇宙 中几乎察觉不到的物质密度涨落(天文学家观测证实,早期宇宙各处的物质密度几乎相同,仅有大约万分之三的差异),其后便经历了早期的 雪崩 式生长,很快演化成现在这副模样。
现在,基于对星流的观测,研究人员普遍认为,只有质量不超过10亿倍 太阳 的矮星系经历了这样的快速形成过程;像 银河系 这样质量相当于千亿颗太阳的大型星系,则是后来通过 吸积 和吞并 矮星系 而逐渐形成的。这种吞并过程一直持续至今,不过强度已大不如前。
银河系吞噬近邻 星系 的过程被天文学家抓了个正着,他们又提出了更加深入的问题:这些古老的星系“建筑原料”具有什么样的 化学 组成?大型星系中“星际移民”和“土著居民”的比例是多少?这些小星系带来的 化学元素 如何改变 银河系 早期的演化历史?
这些星流就像化石一样,记录着星系构建的历史,除此之外,它们还能在探测 暗物质 方面大显身手(见下页短文)。
要弄清这些问题,天文学家不仅需要了解哪些 恒星 正在被银河系掠夺,还要知道哪些恒星是已经被俘虏过来的。研究人员遇到的困难在于,一旦外来的恒星和气体混入银河系,我们就无法通过特有的空间分布来识别它们。天文学家必须找到更微妙的线索,来追溯这些恒星的起源,例如它们的运动模式和 化学 组成上的一些难以抹去的固有特征。
我们都习惯用位置和速度来刻画物体的运动。但运动还有其他不同的特性,可以用诸如能量和 角动量 之类的 物理量 来描述。正如物体的空间位置能够用3个坐标来描述,因此被称为三维空间一样,我们也可以用位置加上 动量 (一共6个物理量)来描述物体的运动状态,这个抽象的六维空间被称为 相空间 (phase space)。
相空间的优点在于,与真实空间相比, 恒星 在相空间中的排列模式更有还原性(这里是指经历巨大变化之后恢复原状的能力)。尽管 星系 的吞并消化过程通常会破坏星流的空间结构,却无法抹去它们在相空间的整体结构[这就是统计力学中的一个重要原理——刘维 定理 (Liouville's theorem)]。
因此,通过测量能量、 角动量 和相空间中恒星随机样本的密度,研究人员就能识别出无法直接观测到的星群。它们是很久以前被 银河系 瓦解的 卫星星系 的魅影。几个研究小组,例如荷兰卡普坦天文研究所(Kapteyn Astronomical Institute,位于 格罗宁根 )的阿明娜·希勒米(Amina Helmi)和 美国华盛顿大学 的克里斯·B·布鲁克(Chris B. Brook)各自领导的小组,已经用这项技术发现了一些被吞并的卫星星系的遗迹。
目前已被发现的遗迹都位于 太阳系 附近,因为现有设备还无法足够精确地测量更遥远 恒星 的三维运动。
银河系星流列表
* Acheron,Cocytus,Lethe ,Styx 都是希腊神话中围绕冥界的冥河。
仙女座星系(M31)星流列表
九州 星流纪年
星流纪年是九州大陆上最准确的绝对纪年方式。是根据“星相第零定律”,即“星流溯源”确定的历法。历史的最初有一个诸星汇聚的奇点存在。
“星流逆算”
朝建立前的八百三十四年,在当时, 王朝的极盛时期,胤王召集了九州范围内所有种族的所有著名星相家,制定了“星流逆算”的项目。这个项目不是为了推算未来,却是为了反推过去的历史,综合历史文献和星相学典籍,在它们的矫正下从当前星空逆推回去,以推想过去的真实历史。
星相家们在穷推星空超过四千年以后,终于得到了一个可敬畏的结论──在远古的过去,四千三百多年前,所有的星辰汇聚在同一个空间点上!
虽然现有的计算精度远无法把轨道推演精确到一个奇点,不过星相家们相信这个点被称为星流之源,也就是那个点的爆裂,造就了时间和空间,世界和历史。
星流纪年
这个定律被确认的当天,星相家们中开始流传一种特殊的纪年方式,称为星流纪年。 最初时间诞生的那一年为星流元年 。这种纪年不随王朝更替而变化,只为了纪念该定律的发现。若干年后,星流纪年仅仅在星辰算家们中流传,却是九州大陆上最准确的绝对纪年方式。