本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
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我不會稱美國天文學會會議為世界上最盛大的派對，但它比很多人想象的要有趣得多。 似乎整天談論宇宙的命運或尋找宜居行星還不夠，還有實際的派對，包括半官方的和非正式的。 會議自然會產生大量新聞，例如我幾周前寫的關於可能的雙星超大質量黑洞。 但對我而言，真正的行動在於那些不會登上頭版頭條，但卻構成一切基礎的廣泛趨勢。
如果我要選出一個定義了上次會議的單一主題，那就是星系。 在一次主題演講中，加州大學聖克魯茲分校的桑德拉·費伯抓住了這種精神。 她將天文學家今天對星系的理解與半個世紀前他們對恆星的理解進行了比較。 那時，當天文學家將觀測到的恆星特性模式與對核聚變的新理論理解聯絡起來時，他們有了一個頓悟時刻。 在經歷了數千年來關於天空戰車和戰鬥神靈的富有創造力的解釋之後，人類終於明白了太陽為什麼發光，以及我們身體中的化學元素最終來自哪裡。
今天，天文學家正在對星系做同樣的事情：將觀測到的星系特性模式與新的理論理解聯絡起來。 該理論涉及引力在具有數十億個運動部件的系統中的作用。 在新興的綜合理論中，星系最初是各種大小的暗物質團塊。 沒有人知道暗物質是什麼，但就這些目的而言，這無關緊要。 重要的是暗物質非常簡單：它四處移動，施加引力，並且幾乎不做任何其他事情。 這些團塊透過碰撞和合並而增長。 氣體在其中聚集。 氣體是產生可見星系的原因——發光的球狀或螺旋狀星系。
出於他們自己最清楚的原因，天文學家將這些團塊稱為“暈”，就像西蒙·坦普勒頭頂閃耀而精緻的光環。 事實上，它們不是環狀的，它們不發光，而且它們不在任何人的頭頂上方。 它們是包裹著可見星系並比它重 10 到 1 倍的黑暗球體。 如果要說有什麼的話，那就是可見星系才是閃耀而精緻的部分。
在她的演講和同一天釋出的論文中，費伯提出了一個簡單的定律，該定律令人興奮地很好地解釋了星系的巨大多樣性：當一個增長的暈達到臨界質量時，恆星開始在其中形成，當暈超過質量上限閾值時，恆星停止形成。 換句話說，星系要麼“開啟”要麼“關閉”——要麼形成恆星，要麼不形成恆星。 就像家庭聚會一樣，在足夠多的人出現之前它不會開始，當它變得太擁擠時，所有酷孩子都會離開。
臨界質量的值尚未完全確定，但可能約為太陽質量的 1000 萬倍。 任何小於這個質量的物體都缺乏引力來抵抗分散氣體的力，例如超新星爆發。 上限閾值被認為約為太陽質量的萬億倍。 這個閾值的原因仍然不清楚，但可能與萬億個太陽的引力的巨大強度有關，這會過度攪動氣體雲，使其無法形成恆星。 黑洞也可能把事情搞砸：一個巨大的星系在其核心有一個成比例的巨大黑洞，這可能會為恆星形成敲響警鐘——幾乎是字面意義上的：黑洞將氣體從星系中吹出並扼殺恆星形成。
費伯的簡單開關定律解釋了一些看似矛盾的觀測結果。 首先，在天文學家可以看到的最遙遠的過去，他們看到了巨大的星系。 如果暈從小開始並逐漸增大，那怎麼可能呢？ 根據費伯定律，答案是臨界質量。 一些星系很幸運地一開始就很大，我們自然會首先看到它們，然後在小星系增長到足以發光之前就看到了。
其次，如果小暈是銀河宇宙的基本組成部分，為什麼天文學家看到的微小星系如此之少？ 該理論預測，數以百計的微小星系應該像憤怒的蜜蜂一樣在我們銀河系周圍嗡嗡作響，但天文學家只發現了幾十個。 根據費伯定律，那是因為這些小傢伙還沒有開啟。 給他們時間。 在本週的大眾科學播客中，加州理工學院的喬什·西蒙詳細闡述了這些微小星系令人費解的缺失。 如此多的天文學關注最大、最亮和最重的物體，但關於星系的一些最大的遺留問題與微小星系有關。
會議上的其他一些演講充實了這一綜合理論。 一旦恆星形成開啟，它就會以幾乎恆定的亮度燃燒，直到關閉。 德克薩斯大學的沙爾達·喬吉描述說，即使是星暴——通常由星系碰撞引發的狂熱恆星形成時期——也僅代表星系正常恆星形成速率的適度提升。 亞利桑那大學的羅伯特·肯尼庫特說，似乎存在一個簡單的定律，適用於所有條件下的所有星系，將恆星形成率與氣體密度聯絡起來。 沒有人知道為什麼。 通常科學家會說，“嗯，情況比這更復雜……” 但這裡的情況比人們預期的更簡單。
在我的下一篇博文中，我將討論會議上出現的星系的一個令人費解的方面。