【大历史系列】星系到底是怎么形成的？

很怀念小时候，那时报纸、杂志、电视和广播是我们的灯塔，图书馆是我们的星辰大海。那时我们的记忆力好于体力，没有云存储，只有脑回路。

在走进银河系的形成之前，我们必须得回顾一下从宇宙大爆炸到星系形成这一段的推理逻辑，才更有利于我们理解银河系是如何形成的。

在之前的几篇文章中，我们可以把所有的知识点压缩成下面的系统的脑图。

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01

宇宙大爆炸——产生氢和氦两种元素，因为分布不均，加上引力作用，形成一个个星云漩涡——

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02

星云如果小于太阳体积的0.08倍——则温度不足以形成聚变，无法形成恒星，只能形成褐矮星，他们不是恒星，是气态天体，介于最小横行和最大行星之间。

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03

如果星云体积大于太阳体积的0.08倍－8倍之间——内能升高，氢核聚变为氦核的核聚变反应发生，向外释放的能量和向内的引力形成抗衡，一颗稳定的恒星就形成了——

       小一点的恒星，经历完氢聚变之后，燃料燃尽，逐渐冷却，成为熄灭的恒星，称为白矮星。这样的一些小恒星，因为引力的作用，抱团取暖，就形成了星团，也就是微缩版的星系。可以说，第一代恒星基本就是有氢元素和氦元素组成的。

      大一点的恒星，所有的氢元素都耗尽，中心冷却塌陷之后，内部压力增强，温度再次升高，可以使内核的温度上升到1亿摄氏度。达到这一温度之后，以氦为燃料的聚变反应又开始了。当氦元素燃烧殆尽，如果恒星足够大，则还将重复之前的操作，温度持续升高，氦又转化为了新的元素，碳、氧等元素先后产生，直到铁元素产生。新的元素提供了形成新的恒星的燃料，到这时，第二代恒星就形成了。

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04

如果星云体积大于太阳体积的8倍——已经制造出了铁元素之前的所有元素，燃料耗尽，但因为体积足够大，没有能量支撑它们继续存在，这时，引力占了支配地位，因此将会产生一次灾难性的瞬间的坍塌，形成爆炸，也就是超新星爆发。PS：能够形成超新星爆发的第二种可能性就是那些很小的恒星在熄灭成为白矮星之后，吸收了临近恒星的新物质引发了爆炸形成的。总之，超新星爆发的高温在顷刻之间越过了某种临界值，在这个大熔炉里，比铁重许多的元素被烤制出来。在极端的时间内，超新星爆炸可以制造出元素周期表中一直到铀为止的所有元素。巨型恒星在超新星爆发之后的最终结局就是形成了中子星。

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05

如果星云体积大于太阳的30倍——在发生了超新星爆发之后，就形成了黑洞。PS：除此之外，黑洞还有三种形成方式，包括，如果中子星不断吸收伴星上物质，体积不断增大，大到超过太阳的30倍，也会发生内部坍塌，形成黑洞；如果是两个中子星相撞，同样会形成黑洞；当然，在宇宙大爆炸之初，还形成了一批原生黑洞，这种另类黑洞并不是由恒星坍塌而形成的。宇宙大爆炸在最初的几分钟之后，大爆炸的压力和温度非常高。在这种情况下简单的物质密度的波动可能导致局部地区的密度变大，足以创造黑洞。

所以，所有恒星的命运和结局是，小一点的坍塌形成白矮星，巨型恒星在超新星爆发之后形成中子星，超巨型恒星在超新星爆发之后形成黑洞。

好了，有了上面这些脑图做铺垫，我们就好去研究星系的形成了。

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首先，到底什么是星系？

要说明一点，星系一般指的是像银河系这样由恒星及其行星系统、星云组成的庞大结构。我们的银河系是宇宙中的一个星系。而像太阳系这样的结构，一般称为恒星系。不在我们讨论的星系范围里。

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星系，是怎么形成的？

科学界有很多说法，我很坚信的一个结论是：星系的形成和黑洞有关。

因为天文学家们通过大量的观测计算分析和相关理论的支持，发现黑洞在星系的中心普遍存在，几乎每个大星系都有一个，现已证实我们的这个宇宙中确实存在在着几乎和星系数目一样的多的黑洞。虽然没有绝对的事、有个别或少数星系特殊没有黑洞、但是我们目前能确定的是绝大多数星系的中心都有黑洞，包括银河系。

那么，按照我们上面关于黑洞形成的一层层推理，我认为，星系的形成来源于两种黑洞，一种是原生黑洞，也就是在宇宙大爆炸之初，局部地区密度极大形成的黑洞；第二种就是超巨型恒星在超新星爆发之后形成的黑洞。

不管是这两种黑洞的哪一种，在形成了黑洞之后，会经历三个阶段：

01、黑洞依靠自身强大的引力，吸引了越来越多的物质来追随它转动；

02.、黑洞吞噬了大量物质，以至于难以立即消化，于是它又将大量物质喷了出来。一颗类星体就这样点燃了；

03.、黑洞吸入气体，类星体将气体喷出，黑洞维持了星际气体的稳定，这些星际气体就组成了恒星。星系就这样诞生了。

最终星系中没有多余的气体来制造恒星，星系也就停止了成长。因此我们认为一个星系的最终规模取决于中心超大质量黑洞的大小，两者戚戚相关。

因此可以说，超大质量黑洞和类星体制造了星系，并控制着整个星系。

而银河系也是这样诞生的。

在可观测到的宇宙中大约有1000亿-2000亿个像银河系这样的星系。1000亿到底是怎么样的一个概念呢？设想一个谷堆包含1000亿粒稻谷：那么它足以填满类似悉尼歌剧院这样大小的建筑物。

那么，星系里又包括多少颗恒星呢？像银河系这样的大星系大约包括1000亿颗恒星。更大的星系甚至包括1万亿颗恒星，而更多数量的矮星系却只有1000万颗恒星，所以1000亿可以看作是每个星系所包括恒星的平均数。

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那么，所有的星系又可以分为几大类呢？

根据哈勃星系分类法，星系大致可以分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系三大类，其中旋涡星系根据星系核心为球状还是棒状又分为螺旋星系和棒旋星系。后来发现椭圆星系和旋涡星系的分类连续性不好，所以又定义了透镜状星系介于两者之间。

（图片来源于银河说）图形下面的那些特别具体的解释不用懂，知道分类就行

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银河系又是什么类型的星系？

过去银河系被认为是一个旋涡星系，但最新的研究表明银河系核心为棒状，所以应该是一个棒旋星系。

（图片来源于紫金山天文台）

银河系原来普遍认为可能类似旋涡星系M51(A)，现在看来可能像旋涡星系NGC1232(B)。

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银河系的结构是什么样的？

银河系的中央是超大质量的黑洞（人马座A*），在黑洞周围，密集的分布着大量的恒星，主要为年龄在100亿年以上的老年红色恒星，密度极高，共同组成了一个光亮的中心，称为银心，也称银核。从形态上看，银核是位于银河系巨大圆盘中心的一个隆起的球状部分。

隆起的部分即为银心，也称银核