对我们来说，星系是宇宙中最有趣的事情发生的地方。恒星、行星和黑洞通常都位于这些繁忙的宇宙邻域内。但空间不仅仅是星系。星系之间是广阔的星际空间——银河荒漠，你可能很幸运能偶然发现几个氢原子，或者最多是一个被驱逐出家园星系的流浪行星。
那么，星系在哪里结束，星际空间又在哪里开始呢？天文学家似乎有几种合理的方法来定义星系的“边缘”——也许是气体和尘埃的浓度下降到某个阈值以下的地方，甚至是星系的引力影响。
定义星系的边缘
Nushkia Chamba 是 NASA 艾姆斯研究中心的一名博士后研究员，她专门研究星系的外围以及星系的形成和演化。她在这里解释了天文学家如何定义星系的边缘以及哪些因素决定了一个给定星系的边缘可能位于何处。
“简而言之，星系的‘边界’传统上是通过固定的亮度水平（或技术上称为表面亮度等值线）来定义的，”Chamba 说。然而，Chamba 领导了最近更可靠地定义星系边缘的努力。“我们 2020 年和 2022 年的工作首次讨论了‘星系边缘’作为大小定义的一种替代想法。”
具体来说，Chamba 和她的团队基于恒星形成所需的低气体密度，开发了一种有物理依据的星系边界标准。这意味着星系的最外层区域，仍然或可能发生恒星形成的地方，就是 Chamba 和她的同事们定义星系“边缘”的地方。
这有点像定义一个城市的新住房仍在开发的边缘——这意味着这个“边缘”是一个不断变化、动态的事物。
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恒星形成如何设定星系的边界
由于星系的边界定义为恒星形成可能发生的位置的函数，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感兴趣。
“我们一直在试图理解星系在生命周期中如何调节它们的大小，以及它们的环境如何影响它们的生长，这取决于它们是位于拥有数千个星系的拥挤星团中，还是几乎是孤立的，”Chamba 说。
Chamba 是今年一个团队的成员，该团队发现，位于拥挤环境中的星系比在近乎孤立的星系小 50%。
“这与我们目前对星系如何因环境相互作用和过程而经历气体清除的理解一致，这些过程可以阻止它们的恒星形成和生长，而孤立的星系可以更长时间地保留它们的气体，”她说。
“许多因素会影响星系的边缘，包括环境、形态（形状和大小）、星系中恒星的质量（我们还没有研究暗物质如何影响恒星形成，这是天体物理学中的一个悬而未决的问题），以及星系在哪个时期发生大部分恒星形成，因为星系的边缘不仅会因其固有的结构和环境而变化，而且会随时间而变化，”Chamba 解释说。
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近距离观察矮星系
对于小型或“矮”星系而言，它们受环境的影响更大，在拥挤的星系邻域中移动时，它们更有可能丢失物质（气体和尘埃），这反过来又会影响星系支持新恒星形成的能力。
Chamba 及其同事最近的研究也揭示了超新星在星系内气体扩散中可能扮演的角色——其中“恒星反馈”可以影响星系内气体的流入和流出，这些流入和流出要么支持恒星形成，要么抵消恒星形成。
天文学家能够观测到遥远星系的气体浓度，从而观测到恒星形成可能发生的位置，这得益于深层成像技术的进步，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜经过优化，用于观测非常微弱的光线。
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星系形成未来的研究
Chamba 表示，研究人员正在研究更神秘的机制，例如暗物质的扩散，可能会如何影响星系中的恒星形成。根据当前的宇宙学框架，普遍认为星系的大小——它们由多少物质组成——将由暗物质晕的性质决定，因为它对周围的重子物质——我们由之构成的东西——施加引力影响。
关于驱动星系随时间演化的因素，仍有许多需要了解的地方，而 Chamba 正处于这项事业的前沿。
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文章来源
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NASA 艾姆斯研究中心博士后研究员。Nushkia Chamba
《皇家天文学会月报》。超深层成像时代星系尺寸的物理学定义
《天文学与天体物理学》 。星系的边缘：追踪恒星形成的极限
《天文学与天体物理学》 。环境对尺寸的影响：福纳克斯星团中的星系比场中的星系小 50%
《天文学与天体物理学》 。自 z=1 以来盘状星系尺寸的强烈演化。使用物理学定义的尺寸指标重新审视星系增长
Eprint arXiv:2408.13311。尺寸-恒星质量关系的中断：矮星系淬灭和反馈的证据
Springer International Publishing。星系的外围
