宇宙中目前还有新的星系形成吗？

(太TM长，没时间看：如果认为星系是暗物质晕系统一部分的话，不会有新的星系还在形成了；如果认为只有恒星部分才算星系的话，那么也许在一些小暗物质晕里有还没形成恒星，或者刚刚形成一点恒星的『新』星系存在；但是现在还没有真正找到这样的系统。)

这个问题很不错的，每个学星系宇宙学的同学都可以试着考虑一下。涉及了两个知识点：什么是『星系』？什么叫『新』？

按照传统的定义，星系是引力束缚下的恒星，气体，尘埃集合成的一个系统。但如果你接受现代暗物质为基础的宇宙学假设，『星系』的定义要好好重新考虑一下。宇宙早期物质密度的原初扰动 (Primordial fluctuations) 在局部引力的作用下逐渐坍缩成一个个的暗物质晕，并通过不断地吸积附近的暗物质，以及通过和其他暗物质晕的并合成长。按照现有宇宙学限制，这些暗物质晕中包括了非常小比例的重子物质。这些重子物质在暗物质晕中心聚集，坍缩，并形成恒星，就诞生了我们能直接观测到的『星系』的部分。在之后的白亿年中，『星系』随着其所居住的暗物质晕演化，缓慢或者剧烈地把一小部分重子气体变成恒星，反之恒星也通过自己的死亡影响着星系的演化；在质量比较大的星系中心还会诞生出质量很大的黑洞，这些黑洞通过吸积可以释放出很高的能量，并影响星系中恒星的形成和气体的聚集；同时，随着暗物质晕在引力作用下不停并合，星系无可奈何地随波逐流：当一个小的暗物质晕不小心跌入一个更大的暗物质晕的引力势阱后，在潮汐作用的影响下，小暗物质晕逐渐瓦解，其中星系的气体和恒星也逐渐被剥离，直到最终和大暗物质晕中心的星系融为一体。

总之，在这个生生死死的复杂轮回中，你眼中的『星系』只是管中窥豹般地带给你一个复杂生态系统狭隘的一角。在这个图像下，一个星系的命运很大程度上被她的『宿主』暗物质晕决定。而暗物质晕这样的宇宙学结构最初的种子便来自原初密度扰动。这个密度扰动的功率谱决定了初始的暗物质晕质量分布；而其他宇宙学参数，包括暗物质的可能物理性质，进一步决定了这些初始的暗物质晕是如何一步步走到今天的。

所以，如果你和我一样，愿意以更现代的视角把『星系』作为暗物质晕中重子物质的最耀眼的一个组成部分的话，那么很遗憾，应该说不会有『新』的星系诞生了。当然，这里面有一个哲学问题，两个星系并合之后，诞生的是『新』星系吗？不过天文学家一般是不这样认为的。

但如果你还是更希望以肉眼可见恒星和气体部分来定义『星系』的话，可以引出另一个很有趣的问题：会有暗物质晕到现在还没有形成星系吗？这个答案还是很不确定的。如果一个暗物质晕内的重子物质完全没有开始转化成恒星，那么我们探测她的方式只有通过中性氢气体的21cm谱线发射，或者通过气体在背景强辐射源上的吸收来探测。目前，这样的探测难度还是很大，有一些有希望的候选，但并没有发现严格不包含恒星的『暗』星系。如果未来的观测，比如FAST的中性氢观测真的找到了一个这样的例子，那么可以说，这个系统还是有机会在未来通过某种机制产生气体冷却（比如和其他星系的相互作用）形成『新』的星系的。只不过这个时标可能很长很长。。。

另外，你也许会想：『你说的这是还没形成的，那么有刚刚开始形成的新星系吗？』。这个问题也是很好的。天文学家一直都认为，大质量的暗物质晕内气体坍缩效率很高，在宇宙很早期就会开始形成恒星了。如果要找『新』形成的星系，一定是找小质量的矮星系。曾经有一类星系很让天文学家关注，这类叫蓝致密矮星系 (Blue Compact Dwarf) 的家伙有着很多『新』星系该有的特性：质量很小，尺寸也很紧凑，完全被年轻恒星主导，气体和恒星的金属含量非常少，并有着活跃的恒星形成活动和丰富的气体贮藏。看上去各种满足『新』星系的标准。下图的 IZw 18 就是一个很典型的蓝致密矮星系。可以看到这个不规则的家伙几乎就是两个超大号的星团被一团气体包裹着。天文学家们曾经很期待可以通过这样的『新』星系来研究宇宙早期的星系形成。然而，随后更细致的观测发现，这些矮星系里面其实都有着年龄很老的恒星，只不过这些黯淡的前辈辐射的光几乎快被新诞生的恒星湮没了而已。所以说，这些星系更像是在宇宙早期经历了非常短暂的恒星形成，因为某种原因沉寂了白亿年又不知为何东山再起的家伙，也不能严格的算『新』星系了。

(图片来自Wikipedia，原图由HST拍摄：I Zwicky 18 - Wikipedia)

来源：知乎 www.zhihu.com
作者：黄崧

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