当星系碰撞时:超级电脑模拟宇宙中流体运动的二重奏(图)
这项发现对NASA提出的LISA (Laser Interferometer Space Antenna)太空任务是项好消息, LISA预计于2015年发射升空,其主要目的是搜索宇宙早期的重力波;这重力波是由爱因斯坦的广义相对论所预测的,但从未被直接侦测到过。
宇宙初期有许多气体存在,当它逐渐演化时,气体被转换成恒星。大量的气体存在意味着更多的星系碰撞和超重黑洞合并,宇宙中最强的重力波源就是合并中的超重黑洞。
许多星系(包含我们的银河系)的中心均有超重黑洞存在,这些黑洞的重力是如此强大,以致于连光都无法逃脱其束缚。现在的银河系虽是独自在宇宙中移动,但未来有一天它将会与最邻近的仙女座星系(M31)碰撞。因此银河系是研究超重黑洞合并模拟的一个便利的模型。一个国际研究团队模拟了25对星系碰撞找出导致超重黑洞合并的主要因素。
超重黑洞合并之前,星系必须先合并。二个缺乏气体的星系可能合并、也有可能不会合并,这取决于它们的结构。模拟结果显示具有大量气体的星系碰撞,一定会伴随着超重黑洞合并的发生。当二个星系开始碰撞,气体会失去能量,将能量注入个别星系的核心。这个过程会增加核心的密度和稳定度。当星系核心合并时,超重黑洞也会合并;如果星系核心瓦解,它们的超重黑洞将不会合并。
当星系碰撞时,数十亿颗恒星将以远距彼此擦身而过。虽是如此,它们的重力场仍有交互作用,进而使二个星系产生煞车作用。星系会分开,但又会再度回来相聚,如此反覆约十亿年。在每次交会的过程中,星系会失去一部份速率和能量,二个星系因而逐渐靠近,直到最后合并为止。
这项运算模拟产生了一些天文学已观测到的现象,其中最值得注意的是:碰撞过程中由于强大的潮汐作用,会将气体和恒星甩出而形成潮汐尾(tidal tail);另外在更小的尺度内,碰撞中的星系,其核心活动和恒星诞生会增加。
(TAM)
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