星系潮汐
星系潮汐是受到星系,像是銀河系,的引力場支配的潮汐力。與星系潮汐有特定關係的領域包括星系碰撞、矮星系或衛星星系的瓦解;受到銀河系潮汐影響的有太陽系的歐特雲。
起源
[編輯]當一個天體(像左側圖的藍色天體)位在大質量天體(黃色天體)的引力場時,會受到潮汐力而扭曲。
根據牛頓萬有引力定律,引力隨着距離的減少而增加。任何接近物體A的另一個物體B,越接近則A受到B的引力影響越強烈。這對物體不同的部分也是正確的,A的表面受到B的吸引會比A的核心強烈。當其它物體的引力特別強時,這將導致較小的物體表面和核心的距離被拉開,並且該物體會朝較大物體的方向趨於平坦。大的物體也有相同的效應,但因為小物體的引力較弱,它的畸變也比較小。以術語來說,平衡的小物體形狀會有最小的引力勢能。在空無一物的空間,這會是一個球體。然而,在附近有大型物體時,最小勢能的形狀是在這兩物體軸心連線方向上拉長的卵形。
例如,地球上的潮汐是由月球和太陽的引力場對地球造成的畸變引起。在這種情況下,地球的自轉緩慢得足以重塑其形狀,保持其扭曲面朝向太陽和月球的方向。從在地球表面上的人來看,每個地點一天大約會經歷兩次長軸方向變形的漲潮。因為地球相對於太陽和月球的方向不斷的改變,潮汐效應會有不同程度的相互加強或抵消。
星系潮汐展示相同的流程,但規模遠遠的超過前者。交互作用星系的潮汐彼此都會向對方伸展。它對最終可能變得平坦和朝向對方星系的中擴展,或它們的軌道遭受到攝動。此外,如果星系在急速的旋轉,它們的部分區域可能不能像地球一樣跟得上畸變,就會如同這篇文章中的圖例所式,形成長尾或其它高度扭曲的區域。
外部星系的效應
[編輯]星系碰撞
[編輯]潮汐力依賴的是引力場的梯度,而不是引力場的大小,所以潮汐的影響通常僅限於一個星系周圍的環境。兩個星系發生碰撞或近距離的擦身而過會引發強大的潮汐力,往往造成激烈的星系潮汐活動,展示強烈的視覺衝擊。
交互作用星系通常不會是迎頭(如果有)撞擊,並且潮汐力會大致沿着座標軸的指向方向扭曲,並且遠離它的攝動。當兩個星系的軌道相互接近時,這些受擾動的區域會被從每個星系的主體機構拉出,並且因為較差自轉而被剪斷和甩入星際空間,形成潮汐尾。這種尾通常都有明顯的彎曲,而感覺是直的可能是從側面觀察的緣故。從星系盤(或其它的部分)拉出的恆星和氣體組成的尾,通常會造成盤面一側或兩邊(另一端)的扭曲,而不是引力束縛的星系中心[1]。雙鼠星系和觸鬚星系是碰撞產生潮汐尾的兩個很突出的例子。
正如月球引發地球兩側海水的潮汐,所以星系潮汐也會在它的星系伴侶兩側產生潮汐臂。當巨大潮汐尾的形成,如果形成攝動的星系和被攝動的夥伴星系一樣大或小一點,那麼前端的臂會比遠端的臂大些。如果更為突出,將會被稱為橋[1]。潮汐橋和潮汐尾通常很難區分:首先,橋可能被經過的星系吸收,或因而產生星系的合併,使它比典型可見的大型潮汐尾短。其次,如果兩個星系是一個在前,一個在後,它們之間的橋可能會有部分被遮蔽。結合這兩種效應,會很難區分一個星系在何處結束,而另一個星系從何處開始。潮汐迴圈是潮汐尾的兩端都與母星系匯合,這就更為罕見[2]。
衛星星系的交互作用
[編輯]因為緊鄰星系的強大潮汐力,衛星星系特別容易受到影響。這種外力可以使衛星星系內部的運動重新排列,導致觀測上的巨大效應:矮衛星星系內部的結構和運動可能受到嚴重的星系潮汐(如同地球上海洋的潮汐),誘導出異常的旋轉或質-光比[3]衛星星系也可以發生如同受到星系碰撞的潮汐剝奪,恆星和氣體被從星系的末端剝離,並可能被它的夥伴吸收。矮星系M32,仙女座星系的衛星星系,可能就因為潮汐剝離失去了螺旋臂,而殘餘核心的高恆星形成率可能是潮汐引起剩餘分子雲運動的結果[4](因為潮汐力可以揉捏和壓縮星系內部的星際氣體雲,誘使小型衛星星系形成大量的恆星。這個過程類似擠壓使物體被加熱一樣。)。
剝離的機制和兩個類似的星系是相同的。然而,其相對較弱的引力場可以確保只有衛星星系受到影響,而宿主星系不會受到影響。如果衛星星系遠小於宿主星系,產生的潮汐尾碎片可能是對稱的,並遵循一個非常相似的軌道,有效地跟隨着衛星星系的路徑[5]。然而,如果衛星星系有適度的大小 --通常是超過宿主星系質量的萬分之一,那麼衛星星系自身的引力可能也會影響潮汐尾,打破潮汐尾在不同方向的對稱性和加速度。結果的結構是依賴衛星星系的軌道和質量,以及猜測中環繞着宿主星系的星系暈質量和結構,和可能提供一種像銀河系這種星系,有效探究暗物質勢能的手段[6]。
很多越過母星系的軌道,或是通過的軌道太接近,矮衛星星系最終可能完全被摧毀,形成完全環繞着母星系的恆星和氣體潮汐流。這種在一些星系周圍擴散的氣體盤,像是仙女座星系,可能是被潮汐完全摧毀(或之後被母星系併吞)的衛星星系[7]。
對星系內天體的效應
[編輯]潮汐的影響目前也出現在銀河系中,它們的梯度可能是最陡的,其結果可以是恆星和行星系統的形成。通常,一顆恆星的引力在其系統內是主導地位,只有其它恆星經過附近時才會對其動力學有所影響。然而,在系統的周邊,恆星的引力較弱,而銀河系的潮汐可能極大。在太陽系,假設的歐特雲,據信是長週期彗星的來源,就在這種過渡區內。
歐特雲被認為是太陽系巨大的外殼,其半徑可能是1光年。跨越這樣大的距離,銀河系引力場梯度的作用更為明顯。由於這種梯度,銀河的潮汐可能使歐特雲變形,而不再是球形。就像地球回應月球的引力一樣,在銀河中心的方向上伸展,而在另外兩個軸的方向上產生擠壓。
在這樣遙遠的距離上,太陽的引力相對的微弱,只要有一點點來自銀河系的攝動,可能就足以將一些拱點在這個距離上的星子驅離,或朝向太陽和行星推進[8]。由岩石和冰的混合物組成的天體,在進入內太陽系時會因為太陽輻射的增加而成為一顆彗星。
據信星系潮汐對歐特雲的形成也有所貢獻,通過潮汐增加了一些近日點較大的星子近日點[9]。這表明星系潮汐的影響是相當複雜的,並依賴一個行星系統內個別物件的為。累積的影響可能相當可觀,或許所有來自歐特雲的彗星,高達90%可能是星系潮汐的結果[10]。
地球的效應
[編輯]雖然理論上可以測得像其它潮汐造成的海平面變化,但星系潮汐對地球的影響可以忽略不計:如果太陽的潮汐力是1,那麼月球的是2,則銀河系的大約是10−12[來源請求]。因此,如果月球的潮汐力使海平面上升10公尺,銀河系的潮汐效應會使海平面上升10皮米,小於一顆原子的大小。
相關條目
[編輯]參考資料
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