星系探秘

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星系

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2015年10月，美国国家航空航天局（NASA）与欧洲航天局（ESA）使用哈勃太空望远镜，在引力透镜效应下拍摄到了一组大幅星系图像样本，这是迄今为止宇宙中出现最早也最为模糊的星系，其中有些在宇宙大爆炸后6亿年就已形成。

这一发现，再次引燃了人们对星系的研究热情。星系是什么样的天体？星系的种类有多少？星系互相碰撞会怎样？让我们一起进入星系神秘的世界。

↑↑ 仙女星系

何为星系？

也许你会有这样的疑问，什么是星系？星系就是无数的恒星和漂浮在恒星之间的气体和尘埃等“星际物质”，还有未知的“暗物质”等，由于引力而聚集在一起形成的天体。星系的规模大小不等，从100万颗左右的恒星组成的小星系，到100万亿颗左右的恒星组成的巨大星系都有。并且，人们认为几乎所有的恒星都拥有多个行星。我们所在的银河系是由2000亿～4000亿颗恒星组成的，属于星系中最最普通的旋涡星系。

旋涡星系的结构就像一个煎鸡蛋。相当于蛋白的是“星系盘”（galactic disc），中央较厚的相当于蛋黄的是“星系核球”（galactic bulge）。并且，“星系盘”中有“旋臂”结构存在。

“星系盘”的外侧，有一层包住中心和圆盘的、大致是球形的星系晕（galactic halo）。星系晕中有“球状星团”和不属于任何星团的恒星（星系晕星），以及暗物质等。所谓的球状星团，是几万到几百万个恒星构成的球状物，其特征是：年老的恒星居多。

那么，宇宙中有多少个星系呢？因为宇宙有多大尚不明了，所以整个宇宙中有多少星系也不得而知。但是，人们认为，现在能够用望远镜等观测到的宇宙范围内，约有1000亿个星系存在。

这些星系并非均匀地分布在宇宙空间中。有由100个以上的明亮星系构成的“星系团”、也有规模较小的“星系群”等集团。要是从几亿光年以上的尺度来看，有的区域星系密集，有的区域没有星系。这称为“宇宙的大尺度结构”。

星系种类知多少？

美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889～1953），用当时最先进的望远镜，发现了各种各样的星系。他在1926年提出了星系分类的标准：由旋涡状旋臂构成了星系盘的旋涡星系，近似于球形的椭圆星系，以及不属于这两类的不规则星系。

↑↑ 旋涡星系M51（左）和矮星系NGC5195（右）

在有的旋涡星系中，中央的星系核球呈棒状结构，这样的星系被特称为棒旋星系。我们所在的银河系中也发现有棒旋星系，旋涡星系的圆盘部分向同一个方向转动。

椭圆星系是恒星聚集成的近似于球形的星系。椭圆星系不像旋涡星系那样朝同一个方向转动，其特征是每颗星的运动都有很大的随机性。旋涡星系和不规则星系发生大规模碰撞时，会产生椭圆星系。

典型的不规则星系的例子是如云状分布在南半球夜空中的“大麦云”（Large Magellanic Cloud）和“小麦云”（Small Magellanic Cloud）。这两个星系既不像椭圆星系那样呈椭球状，也不像旋涡星系那样有旋臂，所以不能划入这两类。

多个星系碰撞、合并过程中的星系，不包括在这3种主要的星系类型之中，这样的星系属于“特殊星系”类。星系碰撞时，引力互相影响，变成复杂的形状。

星系的形状是如何变化的？

科学家现在还没有明确背后的原因。现在的猜想是，星系诞生时很小，形状也不规则，和现在的那些不规则星系一样。然后，星系互相兼并、成长，当规模差不多的星系发生碰撞时，形成椭圆星系；吸收了小的星系而长大的星系，变成旋涡星系。

2013年8月，NASA把用哈勃太空望远镜拍摄的1670个星系，按照大小和形状进行了分类。结果显示，110亿年前的星系都比现代的星系小，但是旋涡星系和椭圆星系都已经存在了，这说明了基本的星系类型至少从110亿年前就没有改变。现在人们正在继续研究星系进化之谜。

星系互相碰撞会怎样？

研究发现，距离银河系250万光年之遥的仙女星系正以100千米/秒以上的速度向银河系逼近，在未来的某一天，这两个星系将不可避免地相撞。

实际上，相对于星系的大小而言，它们在宇宙中的分布密度是比较高的，我们已经观测到许多处于碰撞状态中的星系。因此对于星系间是否会碰撞的问题，答案是肯定的。那么，星系碰撞后会怎样呢？

以仙女星系和银河系为例。当这两个大星系发生碰撞的时候，星系的形状发生巨大变化，新恒星的形成非常活跃。碰撞后，两个星系暂时分开，又因彼此的引力互相吸引，再次碰撞。这样，经过无数次碰撞之后，整个星系新恒星活跃形成，最终星际气体消耗殆尽，结果变成一个巨大的椭圆星系。

可以说，星系碰撞在宇宙中相当普遍，对星系进化具有非常重要的意义。科学家根据观测结果对星系碰撞的频率进行了计算，结果发现，在大约100亿年前，实际上有近10%的星系正在发生碰撞。后来，随着星系不断合并，碰撞的频率才逐渐降低了。如今，只有大约1%的星系正在发生碰撞。

小星系通过碰撞、合并而不断变大，形状也随之改变。位于星系群或星系团中的星系将合并为巨大的椭圆星系。同时，由于宇宙在加速膨胀，因此没有星系的空间（巨洞）持续变大，我们与远方星系的距离将会越来越大。根据宇宙现在的情形推断，未来的宇宙会是一个异常孤单寂寞的世界，只稀稀疏疏地分布着一些巨大的椭圆星系，这是很有可能出现的场景之一。

神秘而美丽的星系，还有许多疑问等着人类去揭开。让我们携起手来，一起探寻星系和宇宙的奥秘吧！

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