星系無法從周遭吸入星際物質時，就無法形成新恆星

星系可說是宇宙許多恆星組成的集團。但除了恆星，星系有更多無法直接看見的氣體與星際塵埃。天文學家持續研究發現，星系除了不斷從周遭吸收星際物質，更會藉各種天體演化，將氣體拋回周遭空間。

從宇宙誕生看起，宇宙降溫至原子核可捕捉電子形成原子時，充滿宇宙的電漿瞬間被氫或少量氦原子氣體取代。當時宇宙遍布氣體，並沒有恆星或星系，直到約135億年後的現在，雖然許多地方能看到星系與恆星，但星系多數物質還是氣體和塵埃。

星系氣體分布其實向外延伸至星系四周，分為較靠近星系的環繞星際物質（Circumgalactic medium，CGM），以及離星系較遠的星系星際物質（Intergalactic medium，IGM）。星系形成的恆星從誕生至死亡，如超新星爆發，會將氣體與塵埃拋向星系四周空間，外拋速度較高者，如星系中央大質量黑洞拋射物質，就會流到距星系較遠的星系星際物質處。外拋速度較慢者，就停在環繞星際物質處，氣體不但重金屬含量高，密度也比星系星際物質高約千倍。

▲ 天文學家觀測活躍星系核心時發現環繞星際物質。（Source：Tumlinson et al. 2107）

拋射至星系周遭的星際物質，溫度比星系氣體高，所以密度較低，因星系重力場分層作用停在外圍。當氣體逐漸冷卻密度漸增，開始向星系沉降被重力吸回星系，成為新恆星形成材料，如此周而復始循環。

▲ 星系星際物質與氣體循環示意圖。若氣體拋至環繞星際物質處，會較快沉降回星系。若拋射至較遠星系星際物質處，需冷卻聚積至一定程度，再經宇宙網細絲狀重力井流回星系。（Source：Tumlinson et al. 2017）

天文學家研究發現，星際物質循環在物質轉換成能量散失，或因部分氣體外流至更遠處逐漸損失，終至氣體流動循環永遠停止那天，此時星系無法再誕生新恆星，恆星演化循環也終止，此星系恆星逐漸熄滅。

• Galaxies Breathe Gas, and When They Stop, No More Stars Form

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖為星際物質回流星系模擬圖，來源：ESA）