本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您将有助于确保未来能够持续报道关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事。
我不会称美国天文学会会议为世界上最盛大的派对，但它比很多人想象的要有趣得多。 似乎整天谈论宇宙的命运或寻找宜居行星还不够，还有实际的派对，包括半官方的和非正式的。 会议自然会产生大量新闻，例如我几周前写的关于可能的双星超大质量黑洞。 但对我而言，真正的行动在于那些不会登上头版头条，但却构成一切基础的广泛趋势。
如果我要选出一个定义了上次会议的单一主题，那就是星系。 在一次主题演讲中，加州大学圣克鲁兹分校的桑德拉·费伯抓住了这种精神。 她将天文学家今天对星系的理解与半个世纪前他们对恒星的理解进行了比较。 那时，当天文学家将观测到的恒星特性模式与对核聚变的新理论理解联系起来时，他们有了一个顿悟时刻。 在经历了数千年来关于天空战车和战斗神灵的富有创造力的解释之后，人类终于明白了太阳为什么发光，以及我们身体中的化学元素最终来自哪里。
今天，天文学家正在对星系做同样的事情：将观测到的星系特性模式与新的理论理解联系起来。 该理论涉及引力在具有数十亿个运动部件的系统中的作用。 在新兴的综合理论中，星系最初是各种大小的暗物质团块。 没有人知道暗物质是什么，但就这些目的而言，这无关紧要。 重要的是暗物质非常简单：它四处移动，施加引力，并且几乎不做任何其他事情。 这些团块通过碰撞和合并而增长。 气体在其中聚集。 气体是产生可见星系的原因——发光的球状或螺旋状星系。
出于他们自己最清楚的原因，天文学家将这些团块称为“晕”，就像西蒙·坦普勒头顶闪耀而精致的光环。 事实上，它们不是环状的，它们不发光，而且它们不在任何人的头顶上方。 它们是包裹着可见星系并比它重 10 到 1 倍的黑暗球体。 如果要说有什么的话，那就是可见星系才是闪耀而精致的部分。
在她的演讲和同一天发布的论文中，费伯提出了一个简单的定律，该定律令人兴奋地很好地解释了星系的巨大多样性：当一个增长的晕达到临界质量时，恒星开始在其中形成，当晕超过质量上限阈值时，恒星停止形成。 换句话说，星系要么“开启”要么“关闭”——要么形成恒星，要么不形成恒星。 就像家庭聚会一样，在足够多的人出现之前它不会开始，当它变得太拥挤时，所有酷孩子都会离开。
临界质量的值尚未完全确定，但可能约为太阳质量的 1000 万倍。 任何小于这个质量的物体都缺乏引力来抵抗分散气体的力，例如超新星爆发。 上限阈值被认为约为太阳质量的万亿倍。 这个阈值的原因仍然不清楚，但可能与万亿个太阳的引力的巨大强度有关，这会过度搅动气体云，使其无法形成恒星。 黑洞也可能把事情搞砸：一个巨大的星系在其核心有一个成比例的巨大黑洞，这可能会为恒星形成敲响警钟——几乎是字面意义上的：黑洞将气体从星系中吹出并扼杀恒星形成。
费伯的简单开关定律解释了一些看似矛盾的观测结果。 首先，在天文学家可以看到的最遥远的过去，他们看到了巨大的星系。 如果晕从小开始并逐渐增大，那怎么可能呢？ 根据费伯定律，答案是临界质量。 一些星系很幸运地一开始就很大，我们自然会首先看到它们，然后在小星系增长到足以发光之前就看到了。
其次，如果小晕是银河宇宙的基本组成部分，为什么天文学家看到的微小星系如此之少？ 该理论预测，数以百计的微小星系应该像愤怒的蜜蜂一样在我们银河系周围嗡嗡作响，但天文学家只发现了几十个。 根据费伯定律，那是因为这些小家伙还没有开启。 给他们时间。 在本周的大众科学播客中，加州理工学院的乔什·西蒙详细阐述了这些微小星系令人费解的缺失。 如此多的天文学关注最大、最亮和最重的物体，但关于星系的一些最大的遗留问题与微小星系有关。
会议上的其他一些演讲充实了这一综合理论。 一旦恒星形成开启，它就会以几乎恒定的亮度燃烧，直到关闭。 德克萨斯大学的沙尔达·乔吉描述说，即使是星暴——通常由星系碰撞引发的狂热恒星形成时期——也仅代表星系正常恒星形成速率的适度提升。 亚利桑那大学的罗伯特·肯尼库特说，似乎存在一个简单的定律，适用于所有条件下的所有星系，将恒星形成率与气体密度联系起来。 没有人知道为什么。 通常科学家会说，“嗯，情况比这更复杂……” 但这里的情况比人们预期的更简单。
在我的下一篇博文中，我将讨论会议上出现的星系的一个令人费解的方面。