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TUhjnbcbe - 2024/3/4 16:26:00
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自由的球状星团

上图左边是常见的银河系俯视图,右边是银河系侧视结构示意图。除了我们常见的银河系旋臂与银核之外,还包括银晕,以及分布在银晕里面的球状星团。

下面我们探讨一下球状星团。在引力作用下,把十个以上的恒星汇集到一起,形成的结构,往往是球状的,称为球状星团。数量几十个或几百个恒星的球状星团,由于恒星分布密度不大,结构疏松,被称为球状疏散星团。这些疏散星团分布在星系的旋臂中,属于旋臂的一部分,主要也起源于旋臂中,没有什么特殊之处。

M13球状星团(图片来源:AdamBlock,Mt.LemmonSkyCenter,U.Arizona)

球状星团给人印象深刻的是几十万个恒星汇集一起,这样的球状星团,内部的恒星分布很稠密,其外围是我们太阳系附近恒星分布密度的几十倍,核心部分是我们太阳系附近恒星分布密度的上千倍。太阳系位于旋臂的边缘区域,附近的恒星分布密度较低,在旋臂的中心区域,恒星分布密度较大。球状星团的恒星分布密度是除了银核之外,分布最稠密的地方。也就是球状星团恒星分布密度低于银河系中心的分布密度,但明显高于银河系旋臂区域的恒星分布密度。

其实球状星团并不是完美的球状,而是椭球体。这个事实太美了,让球状星团不再令人费解,这体现了其内部的引力作用进化趋势,物质分布总是趋于集中化的。球状星团的恒星或物质分布密度也是与半径R成反向关系,这个事实也是令人满意的,符合我们的感觉。

球状星团里面的恒星通过高速环绕中心运动,平衡中心区域的引力作用。根据椭球体的形态,其内部恒星运行至少是部分有序的,而不可能完全地杂乱无章,因为那样的话,太容易碰撞了。

球状星团中心都有一个大质量天体,即相当于太阳质量上千倍或上万倍的中型黑洞。同样的规律,球状星团质量越大,其中心黑洞的质量就越大,或者反之亦然。

球状星团这种天体系统,与银河系是同期形成的,应该是银河系的兄弟。只是银河系中心黑洞运气更好,发育得更快,形成了远超球状星团中心黑洞的质量,自然形成了更大的势力范围,甚至把球状星团的势力范围也纳入了自己的势力范围。导致球状星团处于很尴尬的境况,不自由了,受到银河系的摆布了。

球状星团与银河系同时生长发育,在银河系壮大的同时,球状星团也在扩充势力,形成了自己的天体系统,其规模比矮星系小一些,也有众多的恒星围绕球状星团转圈。在银河系蓬勃发展时期,比如,只是现在银河系范围三分之一的时候,也许是在亿年前,那时的球状星团自己所属的天体系统要比现在的球状星团大得多。核心部分与现在的球状星团差不多,但是那时的球状星团的外围也环绕着数量超过核心部分几倍的恒星。虽然没有现在的矮星系大,但也是很壮观的。

随着银河系的发展壮大,不仅与球状星团的祖先(前身)争夺游离的恒星,更进一步,也把球状星团的前身纳入自己势力范围,成为银河系的卫星系统。随着银河系的进一步壮大,球状星团连卫星也做不成了,干脆被银河系吞并了。也许用不了几亿年,被捕获的球状星团祖先要与银河系旋臂碰撞。结果很严重,球状星团祖先外围的恒星被银河系旋臂恒星体系碰散了。球状星团祖先开始逐渐真正地成为球状星团了,没有外围恒星了,只剩余中心球状恒星区域了。估计一次碰撞,完成不了球状星团祖先外围恒星的逃离,那就再多几次碰撞,反正有的是时间。球状星团三四亿年一个环绕周期,一个周期能碰撞银河系旋臂两次,到现在已经碰撞几十次了,甚至50次以上。球状星团祖先携带的外围恒星早就丢光了,这些恒星大部分早就成为银河系旋臂的一部分了,小部分应该还在银河系银盘之外流浪。

包括了球状星团环绕轨道的银河系侧视全景图,这三个大小不一样的明亮轨道,就是模拟的球状星团运行轨道。其轨道与银盘有明显的夹角,也就是球状星团的环绕银河系中心的方向与银河系旋臂恒星的环绕方向差异很大。这种明亮代表的是轨迹,并不是沿途散落了或分布着这么多恒星。

现在的球状星团是不会畏惧银河系旋臂的,由于其质量庞大,近百万倍的太阳质量,并且恒星分布稠密,相互引力作用强烈,非常团结。与银河系旋臂恒星碰撞的结果是,大概率的是吸纳银河系旋臂被碰撞的恒星,而自己却并不损失恒星,其外围也许会损失球状星团沿途新吸纳的恒星。球状星团轨道特殊,沿途流浪的天体很多,上亿年的时间内,其必然会捕获一些天体。因此,每次与旋臂碰撞,总会留下一些天体的。不过,这对球状星团无伤大雅,球状星团核心区域质量不仅不会减少,而且还会增多。核心区域直径二十多光年,总区域直径上百光年,意味着每次与旋臂碰撞,就是碰撞的区域是太阳系附近,也能吸纳旋臂几颗恒星。其他区域,碰撞吸纳几十颗甚至几百颗恒星不成问题。这些被吸纳的恒星,大部分会成为其恒星环绕体系的一部分,小部分会坠入球状星团的中心黑洞。可见,球状星团与旋臂每次碰撞都会进行恒星(质量)置换的,外围的留下,核心区域质量增加。总体上,估计,球状星团质量会增加。

银河系旋臂真的不是球状星团的对手,虽然银河系整体捕获了球状星团祖先,但是球状星团确实在银河系内部随心所欲,畅行无阻,无人能挡,对银河系旋臂具有强大破坏力。问题是球状星团还在长大,密度与质量会越来越大,这确实对旋臂是巨大威胁。也威胁着银河系旋臂中的生命,我们祈祷球状星团不要经过太阳系区域。这样的话,我们真的毫无办法。

球状星团本身恒星分布稠密,自然很难发育恒星的行星系统,也就是说,几乎没有行星,自然就没有生命了。就是上百万颗的球状星团也大概率没有生命存在。球状星团外围恒星是可以发育行星系统的,特别是球状星团沿途捕获的恒星,大概率会有自己的行星系统的。不过就是如此,也是不行的,因为,球状星团轨道太不安全,沿途碰撞极为频繁。外围恒星的行星根本没有机会孕育出生命。同理,在银盘之外流浪的恒星,都是大概率的有自己完整的行星体系的,不过,其所处空间太不安全,碰撞机会太多,根本孕育不出生命。可见,我们银河系旋臂区域,恒星有序运行,相互碰撞机会少,且流浪天体少,碰撞机会格外少,是孕育生命的最佳场所。当然,太阳系这样的旋臂边缘区域更好,具备很好的行星进化体系,以及最好的生命孕育机会。看来,寻找地外生命,在旋臂边缘区域寻找较为恰当,这里的恒星往往具备良好的行星体系,以及很好的生命进化保障条件。

不能拥有行星的恒星组成的球状星团,自然是没有暗物质的。球状星团虽然分布在远离银河系中心的区域,虽然银河系的这个位置已经开始分布暗物质了(银河系中心的银核没有暗物质,再靠外的地方就开始有暗物质了),但是球状星团并没有暗物质,这是球状星团比较特殊的地方。我们可以得出一个小结论,可见天体稠密的地方没有暗物质。在银河系中心区域,恒星更为稠密,这里的恒星也不具备形成行星体系的条件。这里的恒星也是没有行星的,自然是不可能有生命的。

球状星团恒星之间太为稠密,游离于恒星之外的星际物质太少,连行星系统也没有机会形成,更何况恒星了。因此,球状星团都是老年恒星,除了新捕获的恒星,没有年轻恒星。

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