根据最为普遍接受的宇宙学模型，第一批星系在130亿到140亿年前开始形成。在随后的几十亿年，宇宙开始演化出我们今天看到的结构，其中包括星系团、超星系团和丝状结构以及球状星团、星系凸起和超大质量黑洞等星系特征。与生物一样，星系、恒星系统和行星一直处在演化之中，不断吸积和损失质量。
银河系就像水库一样，不断获取和流失气体
在欧洲航天局天文学家安德鲁·福克斯的带领下，一支国际天文学家小组最近进行了一项研究，计算物质流入和流出银河系的速度。此项研究建立在以往相关研究的基础之上，对气体从周围高速气体云流入和流出银河系的速度进行了分析。可用物质数量是星系造星运动的关键，确定物质的增减速度对了解星系如何演化非常重要。
Astrobites网站的迈克尔·弗利指出这种研究对了解“星系喷泉”模型的细节至关重要。根据这一模型，星系内质量最大的恒星会产生猛烈的恒星风，将物质吹出星系盘。在生命的尽头，它们会发生超新星爆炸，剥离掉绝大多数物质。随着时间的推移，这些物质坠落星系盘，为新恒星的形成提供原料。弗利表示：“这些过程被统称为‘恒星反馈’，将气体驱逐出银河系。换句话说，银河系并非一个孤立的湖，而是一个因引力和恒星反馈而不断获取和流失气体的水库。”
一个正在经历猛烈造星运动的星系
最近进行的研究表明，造星运动可能与星系中央的超大质量黑洞的体积密切相关。这些怪兽级黑洞产生巨大能量，加热星系核周围的气体和尘埃。这会阻止它们大量聚集并形成新恒星。物质流入和流出星系的速度是了解造星速度的关键。为了计算银河系的物质流入-流出速度，福克斯和他的同事使用了来自多个源头的数据。
最近的一项研究发现，银河系曾在70亿年前进入一个“休眠期”，共持续了20亿年。这一次的休眠由冲击波导致。冲击波加热了星际气云，导致银河系的冷气体流入暂停。随着时间的推移，气体冷却并再次流入，触发了第二轮的造星运动。
艺术概念图，40亿年后的地球夜空。根据科学家的预测，仙女座星系（左）将在80亿年后与银河系相撞
在对所有相关数据进行分析后，福克斯和他的同事对银河系的气体流入和流出速度进行了限制。他说：“在对气体流入和流出速度进行比较后，我们发现流入的气体更多，这对银河系未来的造星运动无疑是个好消息，因为大量气体的存在会造就更多恒星和行星。根据我们的计算，每年的流入量为0.5个太阳质量，流出量为0.16个太阳质量，因此是净流入。”
弗利指出高速气体云据信只能存在1亿年左右。因此，这种净流入无法永远持续下去。费米气泡等结构内也存在高速气体云。2010年以来，天文学家便意识到银河系的中央附近存在神秘结构，也就是所谓的“费米气泡”。这些结构延伸数千光年，据信是超大质量黑洞吞噬星际气体和喷射伽马射线的产物。
费米气泡是两个由气体和宇宙射线构成的巨泡，高高地耸立在银河系上空，所覆盖的区域几乎相当于整个银河系
福克斯等人的研究有助于科学家了解行星如何形成和演化。他指出：“研究结果表明类似银河系这样的星系并非以稳定的状态不断演化，而是不断吸积和损失气体。它们存在一个繁荣和衰退交替的周期：当气体流入，更多恒星形成，但如果太多气体流入，便会触发猛烈的星爆，吹走所有余下气体，造星活动也就戛然而止。因此，气体流入和流出之间的平衡决定着造星数量。我们的研究有助于描述这个过程。”
这项研究还得出一项有趣的发现，恒星系统也存在类似的现象。太阳系的演化也受到物质流入-流出的影响。Oumuamua的来访以及最近发现的2I/Borisov等天体证明，小行星和彗星会被逐出恒星系统，而后被其它恒星系统俘获。
星际访客Oumuamua艺术概念图
太阳系和我们地球是否也会随着时间推移流失或者获得质量？这对太阳系和地球的未来命运又意味着什么？天体物理学家布莱恩·科伯雷恩指出：“根据卫星对流星活动的观测，每天估计有100到300公吨物质流入地球。也就是说，每年新增质量达到3万到10万公吨左右。听起来似乎很多，但即使再过100万年，新增质量也不到地球总质量的十亿分之一。”
不过，很多过程都会让地球损失质量，包括地壳内物质的放射性衰变和大气损耗。放射性衰变导致能量和亚原子逃离地球。大气中的氢气和氦气等气体也会逃逸到太空。据计算，地球每年会损失11万公吨物质。
银河系可能存在数十亿颗尚未被发现的“流浪行星”
看起来，地球每年净损失1万吨物质。根据微生物学家克里斯·史密斯和剑桥物理学家戴夫·安塞尔2012年的估算，地球每年会从太空获得4万公吨尘埃，同时因大气和其它过程损失9万公吨。地球的体量似乎每年以1万到5万公吨的速度在减少。不过，目前物质流入速度的估算并没有恰当的限制条件。这意味着我们仍可能实现“收支平衡”，不过地球“扭亏为盈”的可能性不大。
太阳系也是类似情况，始终有星际气体和尘埃流入。与此同时，太阳也会不断剥离物质。借助“信使”号飞船获取的数据，美国宇航局和麻省理工学院的一支研究小组对太阳风和内部过程导致的太阳质量流失进行了计算，结果是每年损失1.3245×1015公吨。与此同时，太阳还在不断膨胀。
艺术概念图，“信使”号飞船造访水星
这是一个令人惊异的数字。庆幸的是，太阳的总质量高达1.9885×1027公吨，不会在近期内损耗殆尽。但随着质量流失，太阳对地球和其它行星的引力影响将削弱。到了主星序的末尾，太阳会剧烈膨胀，很可能彻底吞噬水星、金星、地球，甚至火星。
在可预见的将来，银河系仍会不断获取质量，但太阳和地球正缓慢损失质量。不过这并不是一个坏消息。即便是宇宙内最古老和质量最大的天体，也会像生物一样不断发生变化，这一点可以说有鼓舞人心。无论是行星、恒星还是星系，都要经历生老病死。在它们的生命旅程中，它们的体重时而增加，时而减少，就像是宇宙级的生命周期。
翻译：牛树军
编辑：Velvet
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