螺旋星系是如何得到“羽毛”的？星系中所有恒星的形成都发生在这些羽毛中。但是它们是如何形成的呢？

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荷兰的安德烈·万·德·霍德文结合了哈勃太空望远镜档案中的不同数据集，创造了这张令人惊叹的螺旋星系默西埃77的图像。（图片来源：安德烈·万·德·霍德文/美国航天局/欧洲航天局）

银河系类星系呈现出的不仅仅是螺旋状的气团；它们还有羽毛，成群的新星就是在羽毛上诞生的。天文学家一直对这些复杂结构的形成方式感到极度困惑，一个研究小组大胆猜测，可能有一种简单的原理：重力，宇宙重力。

一个多世纪以来，天文学家一直惊叹于螺旋星系的纷繁炫丽。最大的“大设计”螺旋可以容纳十几个至更多的机械独立臂。最近，用哈勃太空望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的详细、高分辨率观测揭示了后续内容。单臂可以绕星系旋转数万光年。但天文学家发现，装饰这些臂状结构的是许多被称为羽毛的小细处特征。这些羽毛比手臂小得多，长度不超过几千光年。但它们的密度非常大——比大臂密度大得多。它们也是强大的恒星形成的家园。在羽毛中，天文学家发现了年轻的星团和巨大的中性氢团。事实上，一个星系中许多——甚至大多数——恒星的形成都集中在这些羽毛中。

仙女座的矮星系是如何形成的？哈勃望远镜总能表现出发现问题的天赋，在古老的恒星托儿所里，一些婴儿恒星诞生在“蓬松的”宇宙毯子里。

起初，天文学家认为羽毛是大型设计螺旋的特征。而且越来越多的证据表明，几乎所有的螺旋星系，包括银河系，都有羽毛。一个星系是如何得到这些羽毛的呢？随着天文学家提出各种模型来解释羽毛的形成逻辑，争论如雨后春笋般涌现。羽毛相对较小，至少在银河系范围上，它们的数量涌现了很多。我们认为，在一个相对复杂的过程中构建了雏形。例如，超新星爆炸塑造了旋臂上的羽毛，像雕塑一样雕刻在气体中。微弱但巨大的磁场自身扭曲形成了丝状结构。但在《天文学与天体物理学》杂志上发表的一项新研究中，天文学家为它们的成因提出了一个简单得多的原因：引力，宇宙重力。

突发太空新闻，火箭发射的最新更新，观星事件等！这张由美国宇航局的斯皮策和哈勃太空望远镜以及美国宇航局的星系演化探测器拍摄的合成照片中，被称为默西埃81或M81的螺旋星系看起来非常清晰。

（图片来源：美国航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/欧洲航天局/哈佛-史密森尼天体物理中心.）

为了验证这一假设，研究小组制造了一个非常简单的模拟星系。这个模拟星系不包含任何恒星或物质团块，也不涉及超新星或磁场。它只是一个简单的，旋转的气体盘。然后，他们让这个气体盘在自身重力下演化，看看羽毛是否自然出现。

他们做到了。在很短的时间内，模拟的气体盘分裂成一系列嵌套的细丝，就像观察到的羽毛一样——不需要复杂的物理变化过程。因为气体盘不稳定的状态，任何微小的团块即使能存在都很容易坍塌。这种自然的倾斜，加上气体不断旋转，产生了小而细长的结构——羽毛。

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——我们的银河系并不总是螺旋状的。这是它如何改变形状的。

——哈勃望远镜探测到了一个巨大的宇宙结构的一部分——引人注目的螺旋星系

然后，研究人员将模拟星系中产生的羽毛与观测到的实际羽毛进行了比较。他们在大小、形状和密度上发现了普遍的一致。模拟的星系看起来一点也不像真实的星系。但这就是问题的关键：研究人员想要研究简单的物理学——仅仅是重力本身——是否能产生羽毛。似乎是这样，但真正的测试将是在模拟中引入更复杂的物理特性。这是因为像超新星和磁场这样的东西确实会影响螺旋星系的演化，它们可能会破坏宇宙重力驱动的羽毛——结果是我们又将回到原点。

尽管如此，这是一个很有希望的假设，它表明大自然造物之神奇，完全有能力使用简单的物理来创造复杂的仿生结构，即使是在银河系的范围内。

BY:Paul Sutter

FY: Jane

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