星系宠物饲养指南
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。
（Credit: the Local Volume HI Survey by Bärbel Koribalski，来源：atnf.csiro.au）
撰文 | 王菁（北京大学）
编辑 | 韩越扬
星系由恒星、不同温度与状态的气体以及暗物质构成，生命体征表现为持续形成新的恒星，维持生命的基础养料是HI。星系习性不一，饲养方式需分类讨论。在高分辨率CCD成像、积分视场光谱仪、宇宙学数值模拟等现代技术推动下，星系分类已趋于参数化。本文作为初级指南，采用与人类目视直觉相关的初步分类： 矮不规则、 漩涡、 椭圆三类星系。
据宇宙生态学家调查，星系族群整体正在衰亡，如银河系这样的漩涡星系，平均生长速率相比70亿年前降低了近20倍 [3]，如果缺乏养料补给，其生命可能最多再持续30亿年 [4]。因此饲养星系的尝试，不仅仅是迎合潮流，对维持宇宙生态圈的活力有长远的战略意义。
选择一只星系
1. 漩涡星系
外形：红、绿、蓝多种可能颜色。盘状，可有一到多根漩涡状手臂，中心可有环、棒、核球等结构。
饲料需求：与体重相比相当或略少的HI [5]。
习性：生长速度快，充满活力！外形随自身年龄、健康状况和际遇而不断改变 [4]。HI消耗速度较快，需持续的供给保持健康 [4]。
难度：新手级
图1. 漩涡星系NGC6744恒星体（图源：参考资料[6]）
2. 矮不规则星系
外形：发蓝，形状不规则。
饲料需求：与体重相比过量的HI [7]。
习性：星系中的小矮人，生长缓慢，好奇心强，易被外界吸引和影响。易被 漩涡星系或 椭圆星系杀害甚至吃掉，切勿让其靠近！尽管消耗速度缓慢 [7]，过量的HI才可以保持它开心的状态。
难度：老鸟级
图2. 矮不规则星系小麦哲伦云恒星体（图源：参考资料[8]）
3. 椭圆星系透镜星系
外形：发红、球状、光滑。
饲料需求：HI量偏少不定 [9]。
习性：基本处于濒死或死亡状态。可拯救和复活，但技术要求高。
难度：骨灰级
图3. 椭圆星系Abell S740恒星体（图源：参考资料[10]）
HI的获取
所有星系自出生起，自带暗物质晕和热气体晕两层保护层。热气晕中的电离氢在微扰下有几率冷却、沉积为HI云落到星系上，这就是HI的基本获取方式[11]。如图4展示的那样，这些电离氢，一部分来自远古宇宙，有些可能自星系诞生起就处于热气体晕中；一部分来自星系自身的新陈代谢，暗物质晕如阿拉吉斯星球上弗瑞曼人[13]用来回收水分的连体衣，将星系上恒星死亡排放的气体回收存放到热气体晕中；还有一部分来自星系经过体型更小的星系时的顺手牵羊（此属星系本能，很难阻止，矮不规则星系饲养者请留意保护自己的宠物）。
图4. 三种获得HI方式的示意图。a, b, c分别表示远古的、回收的和掠夺的HI。（图源：参考资料[12]）
宇宙生态学家观察到，自然状态下，星系们会聚集到宇宙网上[14]；宇宙网的线状结构很可能是向星系气体晕输送远古宇宙原初气体的管道[15]。建议饲养员在遛星系时经常将之带到宇宙网的中等大小节点上，可能有充电效果。但请注意避开过大节点，在过大的节点里有较大几率误入作为椭圆星系公墓的星系团。
椭圆星系的气体晕过热，很难冷却成为HI [15]。因此 椭圆星系很难自然康复或复活。
警告：星系有时会采用暴力的方式获取HI，即吞食另一个较小的星系以占有它的HI。这是危险、需要监管的行为。因为在一定条件下，尤其是当被吞食星系个头不小时，行使该暴力行为的 漩涡星系可能发生剧烈的形态变化，转化为濒死或死亡的 椭圆星系[16]。另一方面，投喂HI丰富的小星系可能是拯救和复活 椭圆星系的最可行方式 [9]。
HI的存放
宇宙早期星系诞生之初，HI资源丰厚，星系肆意生长；环境演变剧烈，星系频繁碰撞并合[16]。如今，由于宇宙膨胀生存空间扩大，星系间关系平和下来；但HI获取速率降低，星系生长放缓。可能由于自然淘汰法则，现存的大部分健康星系喜欢存储过量的、足够它们消耗至少30亿年的HI食物；当HI储存量降低时，星系会选择进入低耗的亚健康模式，以保持几乎稳定的续航时长[4]。
上一节已提到，掠夺或者吞食较小星系是大质量星系获取HI的一种手段 [17]；此外，星系，尤其是较小星系，在经过作为 椭圆星系公墓的星系团时，易受到公墓死亡气息高温气体晕的冲压而失去HI [18]。图5展示了两例惨剧发生时的现场照片。小星系尤其是 矮不规则星系饲养员请给宠物提供较广阔的独处空间，遛星系时千万避开星系团和其他大星系。
图5. 上两副为M81星系群，中间较大的漩涡星系正在从周围的较小星系上掠夺HI[17]。下两幅为落入室女座星系团的漩涡星系NGC4569，它的电离态气体（左图，红色）在离它而去[19]，HI（右图，白色等高线）仅剩中心的一点点[18]，它正走向死亡。
贴士：星系喜欢将HI平铺存放，以随时炫耀自己的财富，因此HI丰富星系的HI常常分布在比自身恒星体大好几倍的尺度上，就像图6里那样 [20]。饲养员要相应扩大星系的活动空间以维持其健康。
图6. 星系NGC 6946的恒星体和HI尺度对比[20]。右图的HI比左图的恒星体要宽得多。
HI的投喂
重要而显然的投喂规则：食物到了嘴边才能吃下去。
乐观活泼的 漩涡星系通常积极进食，会主动利用类似手臂的漩涡结构，将离恒星体较远的HI拿到嘴边 [21]；悲观傲娇的 椭圆星系则往往懒于这样做，因此我们有时会看到图7那样的 椭圆星系带着HI游泳圈几乎饿死 [22]。饲养员请根据宠物性格调整HI的投喂距离。
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
责任编辑：
相关知识
青年影像 | 王闻博：创时纪II 星系
人鱼饲养宠物指南
可爱宠物饲养指南
宠物饲养指南，萌宠饲养保健指南下载
仓鼠饲养指南
狗狗饲养指南
宠物饲养安全教育指南
宠物犬饲养指南
“疯狂小狗”母公司吉家宠物增资，尤妮佳入股，复星系悄然退出
饲养宠物猫咪小指南
网址: 星系宠物饲养指南 https://m.mcbbbk.com/newsview201650.html
| 上一篇: [宠物] 魔力宠物饲养指南【天之 |
下一篇: 魔武天下 |
