星系在宇宙的宇宙网中如何生长？

新的模拟显示了数千个星系如何通过构成宇宙“宇宙网”的气体、尘埃和恒星链而演化。

就像被困在蜘蛛网中会极大地改变苍蝇的生活一样，陷入巨大宇宙网中的星系也会发生巨大且不可逆转的改变。

现在，堪萨斯大学的科学家们的目标是更好地了解星系团在不同环境的宇宙网中旅行时形成星系团的机制。

堪萨斯大学物理学和天文学教授格雷戈里·鲁德尼克（Gregory Rudnick）领导了这项工作，其中包括在计算机模拟中重建宇宙网，然后研究星系在该网中移动时的气体含量和恒星形成特性。这项工作将使用来自 DESI Legacy Survey、广域红外巡天探测器 (WISE) 和 NASA 的星系演化探测器 (GALEX) 的约 14,000 个星系的图像；该团队将使用锡耶纳的 0.7 米平面波望远镜收集更多观测结果。

“这个项目的主要目标是了解环境因素对星系转变的影响，”鲁德尼克在一份声明中说。 “在宇宙中，星系以不均匀的分布分布，其密度各不相同。这些星系聚集成大的星系团，由数百到数千个星系组成，以及较小的星系团，由数十到数百个星系组成。”

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鲁德尼克指出，星系可以成簇或成群，也可以居住在宇宙中更孤立、密度更低的区域，称为“场”。

尽管之前模拟宇宙网和内部星系的研究将星团和星系群中的星系与现场中单独的星系进行了比较，但他们忽略了连接星团类型的气体、尘埃和恒星的细长丝状结构。

鲁德尼克和同事考虑了这条宇宙高速公路，重点关注星系遇到的丝状环境、星系最初如何形成分组和星团，以及丝状物质如何影响它们的演化。

鲁德尼克说：“星系沿着一条路径进入这些细丝，在进入群体和星团之前第一次经历密集的环境。” “研究细丝中的星系使我们能够检查星系与致密环境的最初相遇。”

鲁德尼克补充说，大多数进入星系团“城市中心”的星系都是沿着宇宙网“高速公路”进行的，少数星系则走“乡村路线”，将它们带入星系团和星系团，而不会与周围环境发生太多相互作用。

鲁德尼克说：“细丝类似于州际高速公路，而这些进入人口稠密地区的人迹罕至的路线类似于在堪萨斯州的乡村道路上行驶以进入城市边界。” “星系可以以细丝形式存在，也可以像绳子上的珠子一样以细丝形式存在。事实上，宇宙中的大多数星系都存在于星系团中。”

研究小组希望，通过这种模拟，能够深入了解环境对星系的影响，并解码星系在最常见的细丝和星系团中的行为方式。

被困星系诞生恒星

KU 团队开展的工作的一个关键方面是评估宇宙网细丝的条件如何影响超密度区域中的气体处理，科学家将其称为“重子循环”。

由于恒星是在过于密集的气体和尘埃团塌陷时诞生的，因此重子循环的破坏可以促进或阻碍恒星的形成，从而增加或减缓星系的生长。

“星系之间的空间含有气体。事实上，宇宙中的大多数原子都在这种气体中，而这种气体可以吸积到星系上，”鲁德尼克说。 “这种星际气体会转变为恒星，尽管这个过程的效率相对较低，只有一小部分有助于恒星的形成。大部分以大风的形式被排出。”

其中一些风成为流出物，从星系吹回太空，而其他被风吹动的物质则落回其起源星系，被吸积并最终作为重子循环的一部分回收。

“星系可以被概念化为重子处理引擎，从星系间介质中吸取气体并将其中一些转化为恒星，”鲁德尼克解释道。 “反过来，恒星会变成超新星，产生更重的元素。部分气体被吹到太空中，形成银河喷泉，最终落回银河系。”

当星系在宇宙网上遇到密集的环境时，它们可以通过主动从星系中剥离气体或剥夺其未来的气体供应来改变其内部压力并扰乱重子循环。

这导致位于星团中心的银河恒星工厂随着其原始的、恒星诞生的材料被淬灭而减慢停止速度。

鲁德尼克说：“这种破坏会影响星系吸收和排出气体，从而导致恒星形成过程的改变。” “虽然恒星形成可能会暂时增加，但在几乎所有情况下，最终都会导致恒星形成减少。”

该团队的模拟有望帮助科学家更好地了解重子循环，这是 Astro2020 十年调查强调的未来十年的关键科学主题。

该研究还包括到 2026 年向堪萨斯州和新泽西州的高中生进行科学推广。这将包括为学校配备 11 台 MacBook Pro，以便学生参与研究项目。

最初发布于Space.com。