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宇宙中对于生命非常关键的重元素,为何大部分被抛出了星系?

热。

星系周围大多存在着一个被称为“环星系介质”的晕。在上图中,星系位于中心,周围包裹着被着以红色、橙色和白色的物质。这些物质的就是所谓的“晕”。在天体物理学的语义中,“环星系介质”的温度极高。Adrien Thob


宇宙中的大部分重元素(天文学家称这类元素为“金属”)源自恒星内部,是在恒星内部的聚变反应炉中,一代代锻造出来的。恒星的核燃料耗尽后就会死去,恒星的外层就会剥落,被恒星风吹散;或者在猛烈的超新星爆发中抛入太空。这些气体状的物质,经过逐渐积累,浓度会越来越高,成为新一代恒星、行星和生命的原材料。


人们通常以为,这些足以创造出无穷多个世界和生命的原材料,大部分会留在星系中。但据美国科罗拉多大学的一项研究结果,这些重元素的大部分,实际上被抛出了星系。它们留存在距星系百万光年远的地方。他们认为,星系在重元素回收方面,表现得相当“浪费”。


大部分星系周围都有一个主要成份为气体的“晕”,也就是所谓的“环星系介质(circumgalactic medium)”。“晕”非常黯淡,几乎不可见,但在天体物理学的语义中,它的温度非常高(它们应该是一些等离子体),范围非常大。旋涡星系的“晕”,温度在100万K以上(原因不明);椭圆星系的“晕”,温度也可达30万K左右。星系的直径通常在3万至10万光年之间,而“晕”的直径可达百万光年。


星系主要可分为两个大类——旋涡星系和椭圆星系。旋涡星系中的造星运动通常很活跃,椭圆星系则刚好相反。但它们都拥有数以百亿甚至千亿计持续生产着重元素的恒星。通过计算机模拟,天文学家发现,这两类星系周围“环星系介质”中的重元素含量,都是星系全部重元素含量的一半以上。“环星系介质”应该在星系的重元素循环过程中扮演着重要角色,但确切机制仍然是个谜。


天文学家猜想,把重元素送往“环星系介质”的主要驱动者,应该是超新星爆发和超大质量黑洞。从小尺度上看,这是一种充满激情的暴力的过程;而从大尺度上来看,这是一个持久而坚韧的过程,需要百亿年之久。


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