光明网|星系的边界在哪里？( 二 )
实际上 ， 星系外围存在着一团由弥散的恒星所组成的低面亮度延展恒星晕 。 理想情况下 ， 如果不存在天光背景污染、大气和仪器散射等因素 ， 随着曝光深度的不断增加 ， 越来越多的星系外围的低面亮度结构将可以被观测到 ， 星系的大小会看起来越来越延展 。 这些低面亮度的结构在众多的单个近邻星系周边已被明显观测到 ， 有些图像甚至是借助小型的爱好者所使用的望远镜来拍摄的（见图4） 。
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图4. NGC2275周边的低面亮度延展结构 ， 图像是借助小型的天文爱好者望远镜所拍摄的（图源：取自[4]）
然而 ， 对较远较暗的星系 ， 以及在距离星系中心较大的尺度上 ， 这些恒星晕的强度要远小于天光背景 。 只有当天光背景及其他与地球大气或仪器相关的系统误差被准确地扣除后 ， 星系外围的恒星晕信号才能得到正确的展现 。
所以即使通过在可见光波段的恒星物质来定义星系的边界 ， 也是一项具有挑战性的任务 。 通过叠加不同的星系图像来增强信噪比 ， 天文学家能够得到位于红移0.1到0.5（对应距离约400到1,900兆秒差距）的星系周边 ， 延展到上百千秒差距甚至上兆秒差距的恒星晕信号[5,6,7,8]（1秒差距约为3.26光年或31兆公里） 。
星流和恒星晕的形成
星系外围的这团恒星晕来源于周边的卫星星系及球状星团 。 在巨大的潮汐作用下 ， 卫星星系或球状星团逐渐变形并被瓦解 ， 其自身的恒星被不断剥离 ， 形成卫星星系前后的带状星流结构（见图5） 。
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图5. 银河系周边的带状星流（图源：NASA）
随着时间的流逝 ， 这些连贯的星流将变得越来越弥散 ， 形成星系外围的恒星晕(见图6) 。 最终 ， 这些卫星星系及星流将成为位于暗物质晕中心的星系的一部分 。
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图6. 数值模拟预言的星流及星晕的形态（图源：[9]）
人类的寿命有限 ， 我们无法直接观测这些星流及恒星晕的完整形成过程 ， 科学家们所能窥见的仅仅是它们演化过程中的一个瞬间 。
即便如此 ， 天文学家们依旧能够通过当前的观测来设法推知星系过去的形成和演化历史 。 比如 ， 借助Gaia卫星对银河系内恒星的观测数据 ， 天文学家们在速度空间找到了一个矮星系的残骸,说明银河系在约100亿年前曾与质量为前身星系四分之一左右的星系发生并合[10,11]（见图7） 。
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图7. 约100亿年前 ， 银河系曾与名为Gaia-Enceladus的星系发生并合 ， 形成了一部分厚盘及恒星晕中的恒星（图源：Gabriel Pérez Díaz, SMM/IAC）
40多年前发射的旅行者号 ， 目前已经距离地球家园约200亿公里 ， 但其仍未完全地飞出太阳系 。 我们的地球在广袤无垠的宇宙中仅仅是一粒微尘 。 假如某一天人类能够做到如科幻小说中描述的场景般飞出银河系 ， 探索深邃的宇宙 ， 那将是无比激动人心的未来 。
参考文献：
[1] More, S., Diemer, B., Kravtsov, A.V., The Splashback Radius as a Physical Halo Boundary and the Growth of Halo Mass, 2015, ApJ, 810, 36
[2] Fong, M., Han, J., A natural boundary of dark matter halo revealed at the minimum bias and maximum infall location, arXiv2008.03477
[3] Wang, W., Takada, M., Li, X., Carlsten, S.G., et al., A comparative study of satellite galaxies in Milky Way-like galaxies from HSC, DECaLS and SDSS, arXiv2009.06882
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