在银河系里漫游着的是谁
昨天晚上我躺在阳台的躺椅上,盯着头顶那条模糊的光带发呆,蚊子咬了我三个包,但我懒得动——因为我突然想到一个问题:此时此刻,在银河系里正飘着的东西,到底是谁?或者说,是什么?
这问题乍一听挺傻的,银河系嘛,不就是恒星、行星、星云这些东西,但仔细琢磨,真正在银河系里漫游的"谁",其实比浪漫的想象更生猛,也更孤独。
我用费曼的方法跟自己聊了一遍,就是那种"如果让我给奶奶讲清楚这件事"的讲法,下面是我整理出来的结果,尽量不拽术语,但保证信息是实打实的。
先弄清楚:银河系到底是个什么地方
银河系不是一个均匀的大饼,它更像是你家楼下的煎饼果子摊——有层次,有结构,有些地方料多有些地方料少,来看一张简表,我心里就有数了:
| 结构部位 | 主要"住户" | 漫游特征 |
| 银核(中心区域) | 密集的老年恒星、一个超大质量黑洞 | 挤得要命,恒星之间经常擦肩而过 |
| 银盘(旋臂所在) | 年轻恒星、星云、气体尘埃 | 这是漫游者的"高速公路",恒星在这里绕中心转 |
| 银晕(外围球状区域) | 球状星团、暗物质、极少量孤独恒星 | 空旷、安静,少数老恒星在这里慢慢飘 |
| 银冕(最外层) | 热气体、暗物质主导 | 几乎看不见,但质量最大 |
这表格帮我理清了一件事:银河系的"漫游者"住在不同区域,身份也完全不同。
第一类漫游者:恒星和它们的"宠物"
这是最直观的答案,银河系里有大约1000亿到4000亿颗恒星(天文学界还在掐这个数,Baade在1944年最早分了星族,后来数字一直在修正)。这些恒星没一个是站着不动的。
太阳带着我们全家——地球、火星、木星等等——以每秒220公里左右的速度绕着银心狂奔,绕一圈大约2.2亿到2.5亿年,天文学上管这叫一个"银河年",上次太阳在这个位置的时候,恐龙还没出现,这种尺度的漫游,光想想就觉得腿软。
除了恒星本身,还有一类叫"流浪行星"的家伙,2011年《自然》杂志上有一篇研究(Sumi等人,2011年),通过微引力透镜观测估算出,银河系里可能漂浮着数千亿颗不绕任何恒星转的行星,它们被引力踢出了原来的星系,现在独自在星际空间里飘着,黑黢黢的,没有阳光,表面可能冻结着氮和甲烷,这大概是银河系里最孤独的漫游者了。
第二类漫游者:星际介质里的"流动人口"
这一层我以前完全没概念,但查资料的时候被震住了,恒星与恒星之间的空间不是空的,而是充满了气体和尘埃——天文学家叫它"星际介质"。
这些星际介质占银河系可见物质的大约10%到15%,它们不是静止的,而是在旋臂的引力作用下流动、压缩、塌缩,赫歇尔空间天文台的观测显示,银河系里有长达数千光年的尘埃纤维结构,像血管一样蜿蜒,新的恒星就在这些纤维的节点里诞生。
所以严格来说,碳、氧、铁这些构成我们身体的重元素,早在几十亿年前就在银河系里漫游过——它们被上一代恒星制造出来,经由超新星爆发抛洒到太空中,飘荡许久之后才聚合成地球,聚合成你我,我们也是漫游者的后代。
第三类漫游者:更快的"子弹"和看不见的主宰
银河系里还有一类极端的漫游者——超高速星,1988年 Hills提出了理论预言,2005年第一颗被确认的超高速星跑出了银河系,这些恒星的速度可以达到每秒1000公里以上,起源可能是双星系统太靠近银心黑洞,一个被吞噬,另一个被弹飞,像弹弓一样射出去。
到2023年,盖亚卫星的数据已经帮天文学家确认了几十颗这样的"逃亡恒星",它们最终会飞离银河系,成为星系际空间的孤独漂流者,也挺酷的。
但说到这里,我必须把一件事实摆出来——上面讲的所有漫游者,恒星也好行星也好气体也好,加在一起只占银河系总质量的大约15%,剩下的85%是什么?
暗物质:沉默的巡游者
暗物质不发光,不和电磁波作用,但它的引力真实存在,Vera Rubin在上世纪七八十年代通过星系旋转曲线的工作,让暗物质的存在变得无可回避,后来普朗克卫星的观测进一步给出了精确的比例。
银河系被一个巨大的暗物质晕包裹着,直径可能延展到100万光年以上,暗物质粒子——如果它们真是粒子的话——在引力势阱里来回穿行,构成了银河系真正的骨架,我们看不见它们,但它们的质量主宰着银河系的一切运动。
在银河系里漫游的,最终极的答案可能是:绝大多数是暗物质。这答案有点反高潮,但也挺奇妙的——最实在的漫游者,恰好看不见。
漫游着的是谁
写到这儿我忽然觉得,这个问题其实没办法用一句话来回答,恒星在漫游,流浪行星在漫游,构成身体的原子曾经漫游过,暗物质一直在漫游,还有几十颗正在逃离银河系的恒星也在漫游。
银河系从远处看,大概安静得像一片发光的薄雾,但实际上每一个角落都有东西在动,在以完全不同的时间尺度和方式穿梭,这个画面在我脑子里挥之不去,比起来,阳台上的蚊子好像也没那么烦了。