究竟怎樣劃分星系盡頭和星際空間起點？

在我們看來，星系是宇宙中大多數有趣事物的發生地。恆星、行星和黑洞通常都能在這些繁忙的宇宙區域中被發現。但太空不只是星系。星系之間是廣闊的星際空間，也就是星系沙漠，在那裡你或許能幸運地偶然碰到幾個氫原子，或者最多是一顆從其所在星系中被拋出來的流浪行星。

那麼，星系的盡頭與星際空間的起點究竟在何處？天文學家似乎有很多看似合理的辦法來定義星系的“邊緣”——也許是在氣體和塵埃的濃度低於某個閾值之處，甚至是通過星系的引力影響來進行定義。

努什基亞·錢巴是美國國家航空航天局艾姆斯研究中心的博士後研究員，專門從事星系郊區以及星系形成和演化的研究。在這裡，她幫助解釋天文學家是如何定義星系的邊緣的，以及哪些因素決定了特定星系的邊緣可能位於何處。

“簡單的答案是，星系的‘邊界’傳統上是使用固定的亮度水平（技術上稱爲表面亮度等照度線）來定義的，”錢巴說。然而，錢巴最近帶頭努力更有力地定義星系的邊緣。“我們在2020年和2022年的工作是首次討論將‘星系的邊緣’作爲一種尺寸定義的替代想法。”

具體來說，錢巴和她的團隊根據恆星形成所需的氣體密度，爲星系的邊界制定了一個基於物理的標準。這意味着星系的最外層區域，即恆星仍在形成或可能形成的區域，就是錢巴和她的同事所定義的星系的“邊緣”。

這有點像給一個城市的邊緣下定義，那裡仍在開發新住房——這意味着這個‘邊緣’是個不斷變化、充滿動態的事物。

由於星系的邊界被定義爲恆星形成可能發生區域的函數，天文學家一直對星系相對於其他星系的位置如何影響其大小，從而影響其在外圍區域維持恆星形成的能力很感興趣。

“這取決於它們是位於有成千上萬個星系的擁擠星團中，還是近乎孤立，”錢巴說。

錢巴是一個團隊的成員，今年發現，擁擠環境中的星系比近乎孤立的星系小多達 50%。

“這與我們目前對於星系因環境相互作用和過程而去除氣體的理解是一致的。和更孤立的星系相比，這些過程會阻止它們的恆星形成和生長，而更孤立的星系能夠在更長時間內保留其氣體，”她說。

“許多因素會影響星系的邊緣，環境、形態（形狀和大小）、星系中恆星的質量（我們尚未研究暗物質如何影響恆星形成，這在天體物理學中是一個懸而未決的問題），還有星系中大部分恆星形成於哪個時期，因爲星系的邊緣不僅因其固有結構和環境而變化，而且 還會隨時間變化，”錢巴解釋道。

當涉及到小的或“矮”星系時，它們受環境的影響更大，在它們穿過擁擠的星系鄰域時，更有可能失去物質——氣體和塵埃——這反過來又影響了星系支持新恆星形成的能力。

錢巴和他的同事們最近的研究也揭示了超新星在星系內氣體擴散中可能發揮的作用——“恆星反饋”可以影響星系內氣體的流入和流出，從而支持或否定恆星的形成。

天文學家能夠觀察到遙遠星系中氣體的濃度，從而確定恆星可能形成的位置，這是得益於 深度成像技術的發展，像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這樣的望遠鏡已經針對觀測非常微弱的光進行了優化。

昌巴說，研究人員正在研究更神秘的機制，如暗物質的散佈，可能如何影響星系中的恆星形成。基於當前的宇宙學框架，人們普遍認爲星系的大小——它們由多少物質組成——將由暗物質暈的特性決定，因爲它對周圍的重子物質——構成我們的物質——施加引力影響。

關於隨着時間推移推動星系演化的因素，還有很多有待了解，而昌巴站在這一努力的前沿。

康納·菲希利是一位來自新西蘭的科學作家，他的研究涵蓋了廣泛的主題，其中包括天文學和神經科學，尤其關注科學與哲學交叉領域的研究。他於奧塔哥大學獲得了科學傳播碩士學位。康納是《發現》雜誌的定期撰稿人，其作品還出現在《新科學家》《鸚鵡螺》雜誌、《生活科學》以及《新人文主義者》等刊物上。