當星系碰撞時:超級電腦模擬宇宙中流體運動的二重奏(圖)

發表:2006-06-10 09:39
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根據科學家利用先進的超級電腦的模擬研究指出,星系碰撞和超質量黑洞合併會造成宇宙中巨大的混亂,氣體是驅動星系和超重黑洞(supermassive black hole)共同演化的要素。

  這項發現對NASA提出的LISA (Laser Interferometer Space Antenna)太空任務是項好消息, LISA預計於2015年發射升空,其主要目的是搜索宇宙早期的重力波;這重力波是由愛因斯坦的廣義相對論所預測的,但從未被直接偵測到過。

  宇宙初期有許多氣體存在,當它逐漸演化時,氣體被轉換成恆星。大量的氣體存在意味著更多的星系碰撞和超重黑洞合併,宇宙中最強的重力波源就是合併中的超重黑洞。

  許多星系(包含我們的銀河系)的中心均有超重黑洞存在,這些黑洞的重力是如此強大,以致於連光都無法逃脫其束縛。現在的銀河系雖是獨自在宇宙中移動,但未來有一天它將會與最鄰近的仙女座星系(M31)碰撞。因此銀河系是研究超重黑洞合併模擬的一個便利的模型。一個國際研究團隊模擬了25對星系碰撞找出導致超重黑洞合併的主要因素。

  超重黑洞合併之前,星系必須先合併。二個缺乏氣體的星系可能合併、也有可能不會合併,這取決於它們的結構。模擬結果顯示具有大量氣體的星系碰撞,一定會伴隨著超重黑洞合併的發生。當二個星系開始碰撞,氣體會失去能量,將能量注入個別星系的核心。這個過程會增加核心的密度和穩定度。當星系核心合併時,超重黑洞也會合併;如果星系核心瓦解,它們的超重黑洞將不會合併。

  當星系碰撞時,數十億顆恆星將以遠距彼此擦身而過。雖是如此,它們的重力場仍有交互作用,進而使二個星系產生煞車作用。星系會分開,但又會再度回來相聚,如此反覆約十億年。在每次交會的過程中,星系會失去一部分速率和能量,二個星系因而逐漸靠近,直到最後合併為止。

  這項運算模擬產生了一些天文學已觀測到的現象,其中最值得注意的是:碰撞過程中由於強大的潮汐作用,會將氣體和恆星甩出而形成潮汐尾(tidal tail);另外在更小的尺度內,碰撞中的星系,其核心活動和恆星誕生會增加。

(TAM)



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