星系生命史：从超大质量黑洞到暗物质之谜

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星系生命史：从超大质量黑洞到暗物质之谜

选题介绍

当我们仰望银河系璀璨的夜空时，每颗恒星其实都归属于一个庞大的“恒星家族”——星系。这些星系如同宇宙中的生命体，经历着从诞生、成长到最终恒星形成停止的漫长历程。年轻的旋涡星系，仍在壮丽的旋臂中孕育着新的恒星；年迈的椭圆星系则早已停止恒星形成，宛若步入暮年的“老人”。星系为何存在这样的演化差异？天文学家发现，这与潜藏在星系中心的超大质量黑洞活动以及宇宙中神秘的暗物质密切相关。

近年来，通过观测数万颗星系的光谱数据，研究人员提出了星系恒星形成停止的“窒息理论”：星系并非经历突如其来的灭绝，而是因外部冷气体供给逐渐中断，恒星形成活动逐渐减缓并最终停滞，这可能是一个长达数十亿年的渐进过程。当星系落入由炽热气体组成的巨大暗物质晕中，星系外部气体补给被切断，加速了星系的衰退过程。

同时，星系中心的超大质量黑洞也在悄然“塑造命运”：通过高能喷流或辐射反馈，黑洞释放的能量可驱散冷气体，抑制星系内部的新恒星形成；这种“能量反馈”机制被认为是星系演化中不可或缺的一环。

此外，星系分布并非随机，而是呈现出一种宏观结构——宇宙网。这种网状结构是由神秘的暗物质主导引力形成的骨架。在暗物质构成的引力潜势中，普通物质逐渐汇聚，形成了我们今天所见的星系、星系团乃至超星系团。因此，暗物质虽然不可见，但它是宇宙结构形成与星系分布的“隐形导演”。

这些研究成果不仅揭示了星系演化的重要机制，更将黑洞和暗物质这样抽象的概念与观测数据紧密结合，推动了人类对宇宙深层结构与动力学的理解。探究星系的兴衰演化，就是翻开宇宙这本宏伟“生命之书”的关键篇章。

出题人与合作科学家

彭影杰，北京大学，科学探索奖（2024），主要研究星系形成与演化。

赛制日程

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