## 银河系模拟模型揭示星系中心结构是怎么共同演化的

模型来自于SMUGGLE-Ring项目

图片来源：AIP/S.

理解星系中心的形成和演化是天体物理学最有趣的挑战之一。这项新的研究旨在揭示导致大多数星系中心黑洞周围两个特别结构：核星团和核恒星盘形成的物理过程。只在最近十年，这两个星系结构才在银河系和河外星系被观测到。从观测来看，过去人们普遍认为这两个结构是相互独立的形成过程的产物，并且许多观测调查都显示这两个结构的质量和尺寸之间没有明确的相关性。

然而，我们至今还未能完全理解它们的形成机制，也一直缺乏贴近现实的理想模型。而现在，SMUGGLE-Ring项目携全新星系模拟模型对这个长期以来的谜团发起挑战，并为我们了解星系结构的形成提供了新的视角，搭建起连接理论与观测的桥梁。在一篇被《天文学与天体物理学》期刊接收的一篇作为“读者来信”的论文中，AIP（莱布尼茨天体物理研究所）研究员郭成元（SungWon Kwak）博士及其合作者首次表明：一个模拟拥有棒旋星系的银河系的，完全自洽、有着高分辨率的流体动力模型，可以自然地形成核星团和核恒星盘，并且能够追踪它们数十亿年时间里的成长过程。

棒状结构孕育了这两种结构。

该模型表明了星系的恒星棒在形成过程中起到了核心作用。“我们的模型清晰展示：银河系棒如同一个宇宙输送带，它从同样的物质储存库中引气体向内输送来同时供给两个结构，”郭解释道。当气体在中心区域不断聚集，濒死恒星产生的恒星反馈会重复生成促进恒星形成的激波。在数十亿年间，数亿倍太阳质量的恒星在这些星系中心结构中逐渐形成。

这个模型的一个关键优势是它使研究者们能观测到在真实的星系中无法直接看到的形成和演化过程。天文观测只能提供一个星系当下时刻的一张快照。与之不同，该模型可以追踪星系超过40亿年的演化过程，允许科学家观察恒星棒的形成、追踪气体向内流向、监测恒星形成的爆发活动，还可以观测核恒星盘如何随着时间推移，由星系中心向外生长扩张。

为什么联系看起来很隐蔽

结果也解释了为什么观测难以揭示核星团和核区恒星盘之间的明确联系。德国莱布尼兹天体物理研究所科学家、本研究的共同作者克里斯蒂娜·基亚皮尼博士解释道：“这种表面上的无关性并不意味着它们在年龄，化学组成或运动学上存在根本性差异。”

相反，模拟结果说明这两种系统之间的结构性联系会随时间自然演变。在长期的稳定增长中，它们的相对质量及大小的差异逐渐扩大。因此，即使底层增长机制相同，当星系处于演化的不同阶段，其核星团和核区恒星盘也会展现出显著不同。

动态暗物质改变图景

在模拟中纳入真实的暗物质动力学过程，是得出该发现的关键。本研究的共同作者伊万·明切夫博士解释道：“先前的研究依赖于固定背景势下的星系棒和暗物质晕，但我们在模型中使用动态粒子，对恒星和暗物质晕进行真实动力学处理，从而得以形成一个能随时间演化并自然形成核结构的真实星系棒。”

“此外，我们的模型还展示了棒区域周围的一个‘暗隙’。它已被观测到多次，且被认为是恒星和暗物质的相互作用受恒星系棒自转驱使的证据。”

一个合并或将重塑核心

在模拟中，一个约三千万太阳质量的特大质量恒星团旋入星系中心并于核星团合并，使得图景更加吸引人了。有趣的是，最近的观测在NGC 1365星系棒中捕捉到这类大质量恒星团，其中某些预计将旋入该星系中心并与其核星团合并。此类合并事件可在短时间内改变核星团的质量和大小。

这让星系中心的协同进化史更加复杂有趣，因为一个超大质量黑洞正潜伏在星系里的核星团中。因此，这些合并事件可能影响超大质量黑洞的质量，并拓展星系各成分之间的关联性，让我们得以解读未来的观测。

BY：universetoday

FY：Astronomical volunteer team

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