星系寵物飼養(yǎng)指南
近日來，宇宙村中大量星系被殺死的報道[1-2]引起廣泛關(guān)注和同情，領(lǐng)養(yǎng)和照顧寵物星系成為潮流。宇宙生態(tài)學(xué)家警告，大部分星系非常敏感脆弱，照顧它們絕非易事。尤其是不同種類的星系對飼料有著挑剔的需求，錯誤投放可能導(dǎo)致其死亡或變異。此文提供一些星系的基礎(chǔ)養(yǎng)護知識，重點為大家介紹一下飼料HI（全名：中性氫原子氣體）的使用方法。
（Credit: the Local Volume HI Survey by B?rbel Koribalski，來源：atnf.csiro.au）
撰文 | 王菁（北京大學(xué)）
編輯 | 韓越揚
選擇一只星系
1. 漩渦星系
圖1. 漩渦星系NGC6744恒星體（圖源：參考資料[6]）
圖2. 矮不規(guī)則星系小麥哲倫云恒星體（圖源：參考資料[8]）
圖3. 橢圓星系A(chǔ)bell S740恒星體（圖源：參考資料[10]）
HI的獲取
所有星系自出生起，自帶暗物質(zhì)暈和熱氣體暈兩層保護層。熱氣暈中的電離氫在微擾下有幾率冷卻、沉積為HI云落到星系上，這就是HI的基本獲取方式[11]。如圖4展示的那樣，這些電離氫，一部分來自遠古宇宙，有些可能自星系誕生起就處于熱氣體暈中；一部分來自星系自身的新陳代謝，暗物質(zhì)暈如阿拉吉斯星球上弗瑞曼人[13]用來回收水分的連體衣，將星系上恒星死亡排放的氣體回收存放到熱氣體暈中；還有一部分來自星系經(jīng)過體型更小的星系時的順手牽羊（此屬星系本能，很難阻止，矮不規(guī)則星系飼養(yǎng)者請留意保護自己的寵物）。
圖4. 三種獲得HI方式的示意圖。a, b, c分別表示遠古的、回收的和掠奪的HI。（圖源：參考資料[12]）
宇宙生態(tài)學(xué)家觀察到，自然狀態(tài)下，星系們會聚集到宇宙網(wǎng)上[14]；宇宙網(wǎng)的線狀結(jié)構(gòu)很可能是向星系氣體暈輸送遠古宇宙原初氣體的管道[15]。建議飼養(yǎng)員在遛星系時經(jīng)常將之帶到宇宙網(wǎng)的中等大小節(jié)點上，可能有充電效果。但請注意避開過大節(jié)點，在過大的節(jié)點里有較大幾率誤入作為橢圓星系公墓的星系團。
HI的存放
宇宙早期星系誕生之初，HI資源豐厚，星系肆意生長；環(huán)境演變劇烈，星系頻繁碰撞并合[16]。如今，由于宇宙膨脹生存空間擴大，星系間關(guān)系平和下來；但HI獲取速率降低，星系生長放緩?？赡苡捎谧匀惶蕴▌t，現(xiàn)存的大部分健康星系喜歡存儲過量的、足夠它們消耗至少30億年的HI食物；當(dāng)HI儲存量降低時，星系會選擇進入低耗的亞健康模式，以保持幾乎穩(wěn)定的續(xù)航時長[4]。
圖5. 上兩副為M81星系群，中間較大的漩渦星系正在從周圍的較小星系上掠奪HI[17]。下兩幅為落入室女座星系團的漩渦星系NGC4569，它的電離態(tài)氣體（左圖，紅色）在離它而去[19]，HI（右圖，白色等高線）僅剩中心的一點點[18]，它正走向死亡。
圖6. 星系NGC 6946的恒星體和HI尺度對比[20]。右圖的HI比左圖的恒星體要寬得多。
HI的投喂
重要而顯然的投喂規(guī)則：食物到了嘴邊才能吃下去。
圖7. 一個幾乎餓死的橢圓星系恒星體（左）和它的HI游泳圈（右）（圖源：參考資料[22]）
HI的監(jiān)控
為了監(jiān)控星系寵物的飲食狀態(tài)，更有效實現(xiàn)和它的互動，建議飼養(yǎng)員配備（建造、購買、租用、或向有關(guān)部門申請使用）21 cm發(fā)射線射電望遠鏡。市場上現(xiàn)有兩種機型和不同型號，滿足不同需求。這兩種機型分別為單孔徑和干涉陣列，優(yōu)勢分別為高靈敏度和高空間分辨率。圖8展示的FAST和ASKAP分別為這兩種機型廣受關(guān)注的新一代產(chǎn)品。
圖8. 單孔徑射電望遠鏡FAST（左）[25]和射電天線陣列ASKAP（右）[26]
圖9. HI對星系外圍暗物質(zhì)暈的測量（圖源：參考資料[27]）
結(jié)語
此為星系飼養(yǎng)指南1.0版，核心思想為HI的豐富程度以及與恒星體的靠近程度決定星系生命活力的走向，依據(jù)為天文學(xué)家對星系HI觀測獲取的有限經(jīng)驗。怎樣更有效獲得和使用HI，并未來得及從科學(xué)上實現(xiàn)充分量化。但隨著觀測能力增強，數(shù)據(jù)積累，飼養(yǎng)活動增多，我們對星系和HI的認識正穩(wěn)步加深。敬請期待飼養(yǎng)指南2.0版。
參考資料
[1] 如何殺死一個星系，來源：中國國家天文臺公眾號，作者：謝利智
[2] 宇宙中有一個神秘的殺手 正在殺死星系，來源：蝌蚪五線譜，譯者：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，編輯：Andrew Fox, Romeel Dave
[13] 沙丘，作者：[美] 弗蘭克?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
