星系
星系的定義恒星系或稱星系,是宇宙中龐大的星星的“島嶼”,它也是宇宙中最大、最美麗的天體系統之一。到目前為止,人們已在宇宙觀測到了約一千億個星系。它們中有的離我們較近,可以清楚地觀測到它們的結構;有的非常遙遠,目前所知最遠的最系離我們有近兩百億光年。按照宇宙大爆炸理論,第一代星系大概形成于大爆炸發 生后十億年。在宇宙誕生的最初瞬間,有一次原始能量的爆發。隨著宇宙的膨脹和冷卻,引力開始發揮作用,然后,幼年宇宙進入一個稱為“暴漲”的短暫階段。原 始能量分布中的微小漲落隨著宇宙的暴漲也從微觀尺度急劇放大,從而形成了一些“溝”,星系團就是沿著這些“溝”形成的。
哈勃太空望遠鏡拍攝的遙遠的年輕星系照片,其中包含有正在形成中的星系團(原星系)。
十八個正在形成中的星系團的單獨照片。每個團快距地球約一百十億光年。
著名的“哈勃深空”照片。展示了一千多個在宇宙形成后不到十億年內形成的年輕星系。
哈勃深空圖片。箭頭所指的可能是迄今為止發現的最遙遠的星系。
阿貝爾2218星系群。照片反映了宇宙中的“引力透鏡”現象。
兩個相鄰的星系NGC1410、NGC1409因引力作用而互相吸取物質。
隨著暴漲的轉瞬即逝,宇宙又回復到如今日所見的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生后的第一秒鐘,隨著宇宙的持續膨脹冷卻,在能量較為“稠密”的區域,大量質子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。一百秒后,質子和中子開始結合成氦原子核。在不到兩分鐘的時間內,構成自然界的所有原子的成分就都產生出來了。大約再經過三十萬年,宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。 這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的云。不久,星系就在其中形成了。大爆炸發生過后十億年,氫云和氦云開始在引力作用下集結成團。隨著云團的 成長,初生的星系即原星系開始形成。那時的宇宙較小,各個原星系之間靠得比較近,因此相互作用很強。于是,在較稀薄較大的云中凝聚出一些較小的云,而其余 部分則被鄰近的云所吞并。
同時,原星系由于氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質量變得越大,它們吸引的氣體也就越多。一個個云團各自的運動加上它們之間的相互作用,最終使得原 星系開始緩慢自轉。這些云團在引力的作用下進一步坍縮,一些自轉較快的云團形成了盤狀;其余的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質后,便在 其中開始形成恒星。這時的宇宙面貌與今天便已經差不多了。星系成群地聚集在一起,就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體云中,這樣的星系團和星系際氣體伸展成纖維狀的結構,長度可以達到數億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現為球形。
宇宙中沒有兩個星系的形狀是完全相同的,每一個星系都有自己獨特的外貌。但是由于星系都是在一個有限的條件范圍內形成,因此它們有一些共同的特點,這使人們可以對它們進行大體的分類。在多種星系分類系統中,天文學家哈勃于1925年提出的分類系統是應用得最廣泛的一種。哈勃根據星系的形態把它們分成三大類:橢圓星系、旋渦星系和不規則星系。 橢圓星系分為七種類型,按星系橢圓的扁率從小到大分別用E0-E7表示,最大值7是任意確定的。該分類法只限于從地球上所見的星系外形,原因是很難確定橢 圓星系在空間中的角度。旋渦星系分為兩族,一族是中央有棒狀結構的棒旋星系,用SB表示;另一種是無棒狀結構的旋渦星系,用S表示。這兩類星系又分別被細 分為三個次型,分別用下標a、b、c表示星系核的大小和旋臂纏繞的松緊程度。不規則星系沒有一定的形狀,而且含有更多的塵埃和氣體,用Irr表示。另有一 類用S0表示的透鏡型星系,表示介于橢圓星系和旋渦星系之間的過渡階段的星系。
屬E0型橢圓星系的NGC4552。該星系位于室女座。
NGC4486,同樣位于室女座,屬E1型橢圓星系。
NGC4479屬于E4型橢圓星系,位于室女座。
NGC205橢圓星系,屬于E6型,位于仙女座。
位于六分儀座的NGC3115,屬E7型橢圓星系,也有把它歸為S0型的。
位于獅子座的NGC3623,屬Sa型旋渦星系。
屬Sb型的NGC3627旋渦星系,位于獅子座。
獵犬座的NGC5194旋渦星系,屬Sc型。左側是一個矮星系。
NGC3351位于獅子座,屬SBb型棒旋星系。
SBc型棒旋星系NGC3992,位于獅子座。
銀河系的衛星系“大麥哲倫云”,屬不規則星系。
NGC3034不規則星系,位于大熊星座。
宇宙中的大部分大星系都是旋渦星系,其次是橢圓星系,不規則星系占的比較最小。旋渦星系自轉得比較快,其盤面中含有大量塵埃和氣體,這些物質聚集成能供恒 星形成的區域。這些區域發育出含有許多藍星的旋臂,所以盤面的顏色看上去偏藍。而在其棒狀結構和中央核球上稠密地分布著許多年老的恒星。與旋渦星系相比, 橢圓星系自轉得非常慢,其結構是均勻而對稱的,沒有旋臂,塵埃和氣體也極少。造成這種局面的原因是早在數十億年前恒星迅速形成時就已經將橢圓星系中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結果是造成這些星系中無法誕生新的恒星,因此橢圓星系中包含的全都是老年恒星。
宇宙中約有十億個星系的中心有一個超大質量的黑洞,這類星系被稱為“活躍星系”。類星體也屬于這類星系。
此外還有一類個子矮小的“矮星系”。這類星系不象大型星系那樣明亮,但其數量非常多。銀河系附近有許多矮星系,其數量比所有其它類型星系之和都多。在鄰近的星系團中也已發現了大量的矮星系。其中一些形狀規則,多半都含有星族II的恒星;形狀不規則的矮星系一般含有明亮的藍星。
星系的形狀一般在其誕生之時就已經確定了,此后一直都保持著相對穩定,除非發生了星系碰撞或鄰近星系的引力干擾。
橢圓星系/橢球星系(EllipticalGalaxy,E-typeGalaxy)
橢圓星系是河外星系的 一種,呈圓球型或橢球型。中心區最亮,亮度向邊緣遞減,對距離較近的,用大型望遠鏡望遠鏡可以分辨出外圍的成員恒星。同一類型的河外星系,質量差別很大, 有巨型和矮型之分。其中以橢圓星系的質量差別最大:質量最小的矮橢圓星系和球狀星團相當,而質量最大的超巨型橢圓星系可能是宇宙中最大的恒星系統;質量范 圍約為太陽的千萬倍到百萬億倍,光度幅度范圍從絕對星等-9等到-23等。橢圓星系質量光度比約為50~100,而旋渦星系的質光比約為2~15。表明橢圓星系的產能效率遠遠低于旋渦星系。橢圓星系的直徑范圍是1~150千秒差距???a target="_blank" >光譜型 為K型,是紅巨星的光譜特征。顏色比旋渦星系紅,說明年輕的成員星沒有旋渦星系里的多,由星族II天體組成,沒有或僅有少量星際氣體和星際塵埃,橢圓星系 中沒有典型的星族I天體藍巨星。橢圓星系根據哈勃分類,按其橢率大小分為E0、E1、E2、E3、…、E7共八個次型,E0型是圓星系,E7是最扁的橢圓 星系。同一類型的河外星系,質量差別很大,有巨型和矮型之分,其中以橢圓星系的質量差別最大。質量最小的矮橢圓星系和球狀星團相當,而質量最大的超巨型橢 圓星系可能是宇宙中最大的恒星系統,質量范圍約為太陽的千萬倍到百萬億倍,光度幅度范圍從絕對星等-9等到-23等。橢圓星系質量光度比約為 50~100,而旋渦星系的質光比約為2~15。這表明橢圓星系的產能效率遠遠低于旋渦星系。橢圓星系的直徑范圍是1~150千秒差距??偣庾V型為K型, 是紅巨星的光譜特征。顏色比旋渦星系紅,說明年輕的成員星沒有旋渦星系里的多,由星族II天體組成,沒有或僅有少量星際氣體和星際塵埃,橢圓星系中沒有典 型的星族I天體藍巨星。關于橢圓星系的形成,有一種星系形成理論認為,橢圓星系是由兩個旋渦扁平星系相互碰撞、混合、吞噬而成。天文觀測說明,旋渦扁平星 系盤內的恒星的年齡都比較輕,而橢圓星系內恒星的年齡都比較老,即先形成旋渦扁平星系,兩個旋渦扁平星系相遇、混合后再形成橢圓星系。還有人用計算機模擬 的方法來驗證這一設想,結果表明,在一定的條件下,兩個扁平星系經過混合的確能發展成一個橢圓星系。加拿大天文學家考門迪在觀測中發現,某些比一般橢圓星 系質量大的多的巨橢圓星系的中心部分,其亮度分布異常,仿佛在中心部分另有一小核。他的解釋就是由于一個質量特別小的橢圓星系被巨橢圓星系吞噬的結果。但 是,星系在宇宙中分布的密度畢竟是非常低的,它們相互碰撞的機會極小,要從觀測上發現兩個星系恰好處在碰撞和吞噬階段是是非常困難的。所以,這種形成理論 還有待人們去深入探索。
旋渦星系(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)
具有旋渦結構的河外星系稱為旋渦星系,在哈勃的星系分類中用S代表.螺旋星系的螺旋形狀,最早是在1845年觀測獵犬座星系M51時發現的.螺旋星系的中 心區域為透鏡狀,周圍圍繞著扁平的圓盤.從隆起的核球兩端延伸出若干條螺線狀旋臂,疊加在星系盤上.螺旋星系可分為正常漩渦星系和棒旋星系兩種.按哈勃分 類,正常漩渦星系又分為 a、b、c三種次型:Sa型中心區大,稀疏地分布著緊卷旋臂;Sb型中心區較小,旋臂較大并較開展;Sc型中心區為小亮核,旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚 高光度O、B型星、超巨星、電離氫區外,同時還有大量的塵埃和氣體分布在星系盤上。從側面看在主平面上呈現為一條窄的塵埃帶,有明顯的消光現象。漩渦星系 通常有一個籠罩整體的、結構稀疏的暈,叫做星系暈。其中主要是星族Ⅱ天體,其典型代表是球狀星團。一個中等質量的漩渦星系往往有100~300個球狀星 團。隨機地散布在星系盤周圍空間。在往外,可能還有更稀疏的氣體球,稱為星系暈。漩渦星系的質量為十億到一萬億個太陽質量,對應的光度是絕對星等-15~-21等。直徑范圍是5~50Kpc。Sa型星系的總光譜型為K,Sb型為F~K, Sc型為A~F。產生總光譜的主要天體既有高光度早型星,又有高光度晚型星。星族Ⅰ天體組成星系盤和旋臂,星族Ⅱ天體主要構成星系核、星系暈和星系冕。
棒旋星系(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)
棒旋星系是中心呈長棒形狀的螺旋形星系,一般的螺旋形星系的中心是有圓核的,而棒旋形星系的中心是棒形狀,棒的兩邊有旋形的臂向外伸展。
不規則星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy)
外形不規則,沒有明顯的核和旋臂,沒有盤狀對稱結構或者看不出有旋轉對稱性的星系,用字母Irr表示。在全天最亮星系中,不規則星系只占5%。 按星系分類法,不規則星系分為Irr I型和Irr II型兩類。 I型的是典型的不規則星系, 除具有上述的一般特征外,有的還有隱約可見不甚規則的棒狀結構。它們是矮星系,質量為太陽的一億倍到十億倍,也有可高達100億倍太陽質量的。 它們的體積小,長徑的幅度為2~9千秒差距。星族成分和Sc型螺旋星系相似:O-B型星、電離氫區、氣體和塵埃等年輕的星族I天體占很大比例。 II型的具有無定型的外貌,分辨不出恒星和星團等組成成分,而且往往有明顯的塵埃帶。 一部分II型不規則星系可能是正在爆發或爆發后的星系,另一些則是受伴星系的引力擾動而扭曲了的星系。所以I型和II型不規則星系的起源可能完全不同。
在 沒有燈光干擾的晴朗夜晚,如果天空足夠黑,你可以看到在天空中有一條彌漫的光帶。這條光帶就是我們置身其內而側視銀河系時所看到的它布滿恒星的圓面——銀 盤。銀河系內有約兩千多億顆恒星,只是由于距離太遠而無法用肉眼辯認出來。由于星光與星際塵埃氣體混合在一起,因此看起來就像一條煙霧籠罩著的光帶。銀河 系的中心位于人馬座附近。
銀河系是一個中型恒星系,它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內含有大量的星際塵埃和氣體云,聚集成了顏色偏紅的恒星形成區域,從而不斷地給星系的旋臂 補充熾熱的年輕藍星,組成了許多疏散星團或稱銀河星團。已知的這類疏散星團約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈,銀暈中散布著恒星和主要由老年恒 星組成的球狀星團。
天鵝-人馬座方向的銀河。
輝煌的銀河系中心(銀核)部分。
輝煌的銀河系中心(銀核)部分II。
織女、牽牛星-人馬座方向的銀河。
天鷹-人馬座方向的銀河。
長盾-人馬座方向的銀河。
從我們所處的角度很難確切地知道銀河系的形狀。但隨著近代科技的發展,探測手段的進步在某種程度上克服了這些障礙,揭示出銀河系具有的某些出人意料的特征。長期以來人們一直以為銀河系是一個典型的旋渦星系,與仙女座星系類似。但最近的觀測卻發現,它的中央核球稍帶棒形。這意味著銀河系很可能是一種棒旋星系。另外,銀河系是一個比較活躍的星系,銀核有強烈的宇宙射線輻射,在那里恒星以高速圍繞著一個不可見的中心旋轉。這表明在銀河系的核心有一個超大質量的黑洞。
銀河系有兩個較矮小的鄰居——大麥哲倫云和小麥哲倫云,它們都屬于不規則星系。由于引力的作用,銀河系在不斷地從這兩個小星系中吸取塵埃和氣體,使這兩個鄰居中的物質越來越少。預計在一百億年里,銀河系將會吞沒這兩個星系中的所有物質,這兩個近鄰將不復存在。
它們是與銀河系類似的天體系統,距離都超出了銀河系的范圍,因此稱它們為“河外星系”。仙女座星系就是位于仙女座的一個河外星系。河外星系與銀河系一樣,也是由大量的恒星、星團、星云和星際物質組成。目前我們觀測到的星系有10億個之多.
posted on 2008-05-07 14:45 gembin 閱讀(336) 評論(0) 編輯 收藏 所屬分類: 天文學