究竟怎样划分星系尽头和星际空间起点？

在我们看来，星系是宇宙中大多数有趣事物的发生地。恒星、行星和黑洞通常都能在这些繁忙的宇宙区域中被发现。但太空不只是星系。星系之间是广阔的星际空间，也就是星系沙漠，在那里你或许能幸运地偶然碰到几个氢原子，或者最多是一颗从其所在星系中被抛出来的流浪行星。

那么，星系的尽头与星际空间的起点究竟在何处？天文学家似乎有很多看似合理的办法来定义星系的“边缘”——也许是在气体和尘埃的浓度低于某个阈值之处，甚至是通过星系的引力影响来进行定义。

努什基亚·钱巴是美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的博士后研究员，专门从事星系郊区以及星系形成和演化的研究。在这里，她帮助解释天文学家是如何定义星系的边缘的，以及哪些因素决定了特定星系的边缘可能位于何处。

“简单的答案是，星系的‘边界’传统上是使用固定的亮度水平（技术上称为表面亮度等照度线）来定义的，”钱巴说。然而，钱巴最近带头努力更有力地定义星系的边缘。“我们在2020年和2022年的工作是首次讨论将‘星系的边缘’作为一种尺寸定义的替代想法。”

具体来说，钱巴和她的团队根据恒星形成所需的气体密度，为星系的边界制定了一个基于物理的标准。这意味着星系的最外层区域，即恒星仍在形成或可能形成的区域，就是钱巴和她的同事所定义的星系的“边缘”。

这有点像给一个城市的边缘下定义，那里仍在开发新住房——这意味着这个‘边缘’是个不断变化、充满动态的事物。

由于星系的边界被定义为恒星形成可能发生区域的函数，天文学家一直对星系相对于其他星系的位置如何影响其大小，从而影响其在外围区域维持恒星形成的能力很感兴趣。

“这取决于它们是位于有成千上万个星系的拥挤星团中，还是近乎孤立，”钱巴说。

钱巴是一个团队的成员，今年发现，拥挤环境中的星系比近乎孤立的星系小多达 50%。

“这与我们目前对于星系因环境相互作用和过程而去除气体的理解是一致的。和更孤立的星系相比，这些过程会阻止它们的恒星形成和生长，而更孤立的星系能够在更长时间内保留其气体，”她说。

“许多因素会影响星系的边缘，环境、形态（形状和大小）、星系中恒星的质量（我们尚未研究暗物质如何影响恒星形成，这在天体物理学中是一个悬而未决的问题），还有星系中大部分恒星形成于哪个时期，因为星系的边缘不仅因其固有结构和环境而变化，而且 还会随时间变化，”钱巴解释道。

当涉及到小的或“矮”星系时，它们受环境的影响更大，在它们穿过拥挤的星系邻域时，更有可能失去物质——气体和尘埃——这反过来又影响了星系支持新恒星形成的能力。

钱巴和他的同事们最近的研究也揭示了超新星在星系内气体扩散中可能发挥的作用——“恒星反馈”可以影响星系内气体的流入和流出，从而支持或否定恒星的形成。

天文学家能够观察到遥远星系中气体的浓度，从而确定恒星可能形成的位置，这是得益于 深度成像技术的发展，像詹姆斯·韦伯太空望远镜这样的望远镜已经针对观测非常微弱的光进行了优化。

昌巴说，研究人员正在研究更神秘的机制，如暗物质的散布，可能如何影响星系中的恒星形成。基于当前的宇宙学框架，人们普遍认为星系的大小——它们由多少物质组成——将由暗物质晕的特性决定，因为它对周围的重子物质——构成我们的物质——施加引力影响。

关于随着时间推移推动星系演化的因素，还有很多有待了解，而昌巴站在这一努力的前沿。

康纳·菲希利是一位来自新西兰的科学作家，他的研究涵盖了广泛的主题，其中包括天文学和神经科学，尤其关注科学与哲学交叉领域的研究。他于奥塔哥大学获得了科学传播硕士学位。康纳是《发现》杂志的定期撰稿人，其作品还出现在《新科学家》《鹦鹉螺》杂志、《生活科学》以及《新人文主义者》等刊物上。