星系宠物饲养指南｜赛先生

近日来，宇宙村中大量星系被杀死的报道[1-2]引起广泛关注和同情，领养和照顾宠物星系成为潮流。宇宙生态学家警告，大部分星系非常敏感脆弱，照顾它们绝非易事。尤其是不同种类的星系对饲料有着挑剔的需求，错误投放可能导致其死亡或变异。此文提供一些星系的基础养护知识，重点为大家介绍一下饲料HI（全名：中性氢原子气体）的使用方法。

图7. 一个几乎饿死的椭圆星系恒星体（左）和它的HI游泳圈（右）（图源：参考资料[22]）

星系进食时，会加入平时自行采集的金属、尘埃等当调料，待HI略冷却后将其捏成直径小于60光年的 氢分子云，然后食用[23]。矮不规则星系由于年幼，调料收集不足，分子云制作效率较低[23]。除了调料，高压和低温环境也可增大星系的食欲[24]，饲养员可酌情调节。分子云吃下后在短于一千万年的时间内就会转变为星系自身恒星体的一部分[24]。

HI的监控

为了监控星系宠物的饮食状态，更有效实现和它的互动，建议饲养员配备（建造、购买、租用、或向有关部门申请使用）21 cm发射线射电望远镜。市场上现有两种机型和不同型号，满足不同需求。这两种机型分别为单孔径和干涉阵列，优势分别为高灵敏度和高空间分辨率。图8展示的FAST和ASKAP分别为这两种机型广受关注的新一代产品。

图8. 单孔径射电望远镜FAST（左）[25]和射电天线阵列ASKAP（右）[26]

观测到的HI还可用来探测星系的隐藏属性。HI在HI丰富星系中通常分布在比恒星体大几倍的盘上，盘靠旋转的离心力抵消引力，因此HI的旋转速度成为暗物质晕的探针[27]。通常暗物质晕的质量越大，气体晕温度越高[15]，因此了解这一属性对评估星系的健康状况和生长趋势非常重要。由于HI的延展属性，它相比恒星能更敏锐探测到环境的影响，如周边星系的扰动，接近星系团热气体晕时受到的冲压。这些环境效应，如不加控制，很可能危及星系的健康和生命，因此对它们的监控也是很重要的。

图9. HI对星系外围暗物质晕的测量（图源：参考资料[27]）

结语

此为星系饲养指南1.0版，核心思想为HI的丰富程度以及与恒星体的靠近程度决定星系生命活力的走向，依据为天文学家对星系HI观测获取的有限经验。怎样更有效获得和使用HI，并未来得及从科学上实现充分量化。但随着观测能力增强，数据积累，饲养活动增多，我们对星系和HI的认识正稳步加深。敬请期待饲养指南2.0版。

作者简介：王菁，北京大学科维理天文与天体物理研究所助理教授。毕业于中国科学技术大学，先后在马克斯普朗克天体物理研究所、澳大利亚国立射电观测机构任博士后。2017年加入科维理。主要研究方向是星系形成和演化、星系中的中性氢气体。

参考资料

[1] 如何杀死一个星系，来源：中国国家天文台公众号，作者：谢利智

[2] 宇宙中有一个神秘的杀手 正在杀死星系，来源：蝌蚪五线谱，译者：李彤馨

[3] PHIBSS: Unified Scaling Relations of Gas Depletion Time and Molecular Gas Fractions, ApJ 2018年出版，作者：Tacconi等

[4] xCOLD GASS: THE COMPLETE IRAM-30m LEGACY SURVEY OF MOLECULAR GAS FOR GALAXY EVOLUTION STUDIES， MNRAS 2017年出版，作者： Saintonge等

[5] xGASS: Total cold gas scaling relations and molecular-to- atomic gas ratios of galaxies in the local Universe, MNRAS 2018年出版，作者：Catinella等

[6] https://apod.nasa.gov/apod/ap191205.html

[7] GAS, STARS, AND STAR FORMATION IN ALFALFA DWARF GALAXIES, ApJ 2012出版，作者：Huang等

[8] https://wallpapercave.com/hubble-desktop-backgrounds

[9] The ATLAS3D project – XIII. Mass and morphology of H I in early-type galaxies as a function of environment, MNRAS 2012出版，作者：Serra 等

[10] http://annesastronomynews.com/photo-gallery-ii/galaxies-clusters/abell-s740-around-eso-325-g004/

[11] Core condensation in heavy halos: a two-stage theory for galaxy formation and clustering, MNRAS 1978出版， 作者：White等

[12] Gas Accretion onto Galaxies, Springer 2017年出版，编辑：Andrew Fox, Romeel Dave

[13] 沙丘，作者：[美] 弗兰克·赫伯特

[14] Galaxy Formation through Hierarchical Clustering, MNRAS 1991年出版，作者：White等

[15] How do galaxies get their gas? MNRAS 2005年出版，作者：Keres等

[16] Black Holes in Galaxy Mergers: The Formation of Red Elliptical Galaxies, ApJ 2005年出版，作者：Springel等

[17] Neutral Hydrogen Clouds in the M81/M82 Group, AJ 2009年出版，作者：Chynoweth等

[18] VLA Imaging of Virgo Spirals in Atomic Gas (VIVA). I. The Atlas and the H I Properties， AJ 2009年出版，作者：Chung等

[19] A Virgo Environmental Survey Tracing Ionised Gas Emission (VESTIGE). I. Introduction to the survey, A&A 2018年出版，作者：Boselli等

[20] HI holes and high-velocity clouds in the spiral galaxy NGC 6946, A&A 2008出版，作者：Boomsma等

[21] Gaseous flows in galaxies, IAU 2008年版，作者：F. Combes

[22] GASS 3505: the prototype of H I-excess, passive galaxies, MNRAS 2016年出版，作者：Gereb等

[23] Molecular Clouds in Nearby Galaxies, ARA&A 2010年出版，作者：Fukui，Kawamura

[24] A Unified Model for Galactic Discs: Star Formation, Turbulence Driving, and Mass Transport，MNRAS 2018年出版，作者：Krumholz等

[25] https://www.universetoday.com/143346/chinas-fast-telescope-the-worlds-largest-single-radio-dish-telescope-is-now-fully-operational/

[26] https://phys.org/news/2012-10-askap-dish-australian-telescope-array.html

[27] https://en.wikipedia.org/wiki/Galaxy_rotation_curve