近日来，宇宙村中大量星系被杀死的报道[1-2]引起广泛关注和同情，领养和照顾宠物星系成为潮流。宇宙生态学家警告，大部分星系非常敏感脆弱，照顾它们绝非易事。尤其是不同种类的星系对饲料有着挑剔的需求，错误投放可能导致其死亡或变异。此文提供一些星系的基础养护知识，重点为大家介绍一下饲料HI（全名：中性氢原子气体）的使用方法。

（Credit: the Local Volume HI Survey by Bärbel Koribalski，来源：atnf.csiro.au）

撰文 | 王菁（北京大学）

编辑 | 韩越扬

选择一只星系

1. 漩涡星系

图1. 漩涡星系NGC6744恒星体（图源：参考资料[6]）

图2. 矮不规则星系小麦哲伦云恒星体（图源：参考资料[8]）

图3. 椭圆星系Abell S740恒星体（图源：参考资料[10]）

HI的获取

所有星系自出生起，自带暗物质晕和热气体晕两层保护层。热气晕中的电离氢在微扰下有几率冷却、沉积为HI云落到星系上，这就是HI的基本获取方式[11]。如图4展示的那样，这些电离氢，一部分来自远古宇宙，有些可能自星系诞生起就处于热气体晕中；一部分来自星系自身的新陈代谢，暗物质晕如阿拉吉斯星球上弗瑞曼人[13]用来回收水分的连体衣，将星系上恒星死亡排放的气体回收存放到热气体晕中；还有一部分来自星系经过体型更小的星系时的顺手牵羊（此属星系本能，很难阻止，矮不规则星系饲养者请留意保护自己的宠物）。

图4. 三种获得HI方式的示意图。a, b, c分别表示远古的、回收的和掠夺的HI。（图源：参考资料[12]）

宇宙生态学家观察到，自然状态下，星系们会聚集到宇宙网上[14]；宇宙网的线状结构很可能是向星系气体晕输送远古宇宙原初气体的管道[15]。建议饲养员在遛星系时经常将之带到宇宙网的中等大小节点上，可能有充电效果。但请注意避开过大节点，在过大的节点里有较大几率误入作为椭圆星系公墓的星系团。

HI的存放

宇宙早期星系诞生之初，HI资源丰厚，星系肆意生长；环境演变剧烈，星系频繁碰撞并合[16]。如今，由于宇宙膨胀生存空间扩大，星系间关系平和下来；但HI获取速率降低，星系生长放缓。可能由于自然淘汰法则，现存的大部分健康星系喜欢存储过量的、足够它们消耗至少30亿年的HI食物；当HI储存量降低时，星系会选择进入低耗的亚健康模式，以保持几乎稳定的续航时长[4]。

图5. 上两副为M81星系群，中间较大的漩涡星系正在从周围的较小星系上掠夺HI[17]。下两幅为落入室女座星系团的漩涡星系NGC4569，它的电离态气体（左图，红色）在离它而去[19]，HI（右图，白色等高线）仅剩中心的一点点[18]，它正走向死亡。

图6. 星系NGC 6946的恒星体和HI尺度对比[20]。右图的HI比左图的恒星体要宽得多。

HI的投喂

重要而显然的投喂规则：食物到了嘴边才能吃下去。

图7. 一个几乎饿死的椭圆星系恒星体（左）和它的HI游泳圈（右）（图源：参考资料[22]）

HI的监控

为了监控星系宠物的饮食状态，更有效实现和它的互动，建议饲养员配备（建造、购买、租用、或向有关部门申请使用）21 cm发射线射电望远镜。市场上现有两种机型和不同型号，满足不同需求。这两种机型分别为单孔径和干涉阵列，优势分别为高灵敏度和高空间分辨率。图8展示的FAST和ASKAP分别为这两种机型广受关注的新一代产品。

图8. 单孔径射电望远镜FAST（左）[25]和射电天线阵列ASKAP（右）[26]

图9. HI对星系外围暗物质晕的测量（图源：参考资料[27]）

结语

此为星系饲养指南1.0版，核心思想为HI的丰富程度以及与恒星体的靠近程度决定星系生命活力的走向，依据为天文学家对星系HI观测获取的有限经验。怎样更有效获得和使用HI，并未来得及从科学上实现充分量化。但随着观测能力增强，数据积累，饲养活动增多，我们对星系和HI的认识正稳步加深。敬请期待饲养指南2.0版。

参考资料

[1] 如何杀死一个星系，来源：中国国家天文台公众号，作者：谢利智

[2] 宇宙中有一个神秘的杀手 正在杀死星系，来源：蝌蚪五线谱，译者：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，编辑：Andrew Fox, Romeel Dave

[13] 沙丘，作者：[美] 弗兰克•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