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可观测宇宙拥有亿万个星系,「不规则星系」占据整个星系的大部分

著者:黄姤

宇宙岛」是历史上对星系的一种称呼,在天文学中把宇宙比作·海洋,星系比作·岛屿。「宇宙岛」的概念最早由 伊曼努尔·康德(1724-1804,哲学家)提出,他在1755年发表的《自然通史和天体论》提出——

“广大无边的宇宙”之中有“数量无限的世界和星系”。

这个概念就是「宇宙岛」假说的渊源,康德认为在整个宇宙里面存在大量的与银河系类似的「河外星系」。


从观测的角度去证实河外星系是否存在,其实是经历了一个非常复杂的一个历程

在1920年的时候曾经举办过一次非常著名的“关于宇宙尺度的辩论”,辩论的主角是美国的两位天文学家,一位是沙普利 (Harlow Shapley, 1885-1972),另外一位是柯蒂斯 (Heber D. Curtis, 1885-1972)。

  • 沙普利:认为像仙女座星云和螺旋星云是小天体,并且只是银河系的一部分。
  • 柯蒂斯:认为仙女 座星云和其他一些与仙女座星云类似的星云都是独立的星系。

他们辨认的焦点主要是两个:

第一个:「漩涡星云」距离银河系到底有多远。

第二个:「漩涡星云」是恒星系统还是气体云。

漩涡星云」在小望远镜里面都表现出类似于轴对称的结构,似乎反映了它们具有旋转的特点,但是对于这些星云的本质却有着很大的争议。

图解:漩涡星云

沙普利所建立的银河系模型里面,沙普利发现这些「漩涡星云」它们离太阳的距离都小于银河系的尺度,这就意味着这些星云是银河系内的天体。但是柯蒂斯持有反对的意见,柯蒂斯认为这些「漩涡星云」是处于银河系之外的,也就是说「漩涡星云」是其他的星系。

沙普利柯蒂斯的辩论这不仅仅涉及到「漩涡星云」的距离,更涉及到它们的本质,它们的组成。但是由于当时对星际消光、星系爆发以及物理过程还了解得不是很透彻,所以他们辩论并没有得到一个非常肯定的结论,直到美国的天文学家哈勃仙女座星云·M31里面分解出了恒星。

注:1Kpc=308*10 ^16(米) 285Kpc=8778*10 ^17(米) 770Kpc=23716*10 ^18(米)

1924年,哈勃在仙女座星云分解出的恒星是一颗变星,它的亮度是在变化的,这类恒星称为「造父变星」,同时也证实了它确实是一个恒星系统,而这类恒星是可以用来测量距离的,哈勃发现仙女座星云距离我们的距离约是8778*10 ^17,当然这个值今天看来是错误的,正确的距离是23716*10 ^18,由于哈勃的观测结果证实了仙女座星云必定是一个河外星系,而不是银河系内的天体,从此以后星系天文学这样一个新的学科方向,就被开辟出来了。


星系天文学·「哈勃音叉图/哈勃序列」

哈勃在星系的观测里面通过对大量数据的分析,他把星系按照形态进行了分类,恒星的分类可以按照大小、光度、温度进行分类,但是在星系这个领域里面最常用的还是哈勃的形态分类法·哈勃音叉图/哈勃序列

根据星系形态的不同,星系被分成以下几类:

  • 椭圆星系、
  • 旋涡星系、
  • 棒旋星系、
  • 透镜状星系、
  • 不规则星系、

当然目前发现的很多星系已经不再能够简单地用哈勃序列来描述了,但是哈勃序列一直被沿用至今,作为我们对星系的一个比较粗糙分类的一个技术。

图解:哈勃的形态分类法·「哈勃音叉图/哈勃序列」


【椭圆星系】

椭圆星系实际上是椭球状的星系,只不过我们看到它在二维平面上的投影是一个椭圆,它的符号“E”这是取决于英文(Ellipse)·椭圆的第1个字母,椭圆的椭率是有大有小的,观测到的椭圆星系椭率有的大一些也有的会小一些,所以分别在“E”后面加上从0~7来代表星系的椭率:E0、E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7。E0代表是正圆形的,而E7代表椭率是最大的。

椭圆星系的组成都是由单颗恒星构成的,但是恒星的分布非常密集,它们都是非常年老的小质量恒星,小质量的恒星它们的温度一般是比较低的,所以它们产生的辐射在颜色上是偏向红色的,因此无法凭肉眼把它们分辨出来。从中心到边缘,恒星的分布是从密到疏的,这些恒星都是在做无规则的运动,在星系里面没有或者说只有很少量的星际气体和尘埃。

图解:【椭圆星系】·NGC 4365


【旋涡星系】

银河系就属于漩涡星系,从严格的角度来说,漩涡星系还分成正常的「漩涡星系」和「棒旋星系。漩涡星系 (Spiral Galaxy)是具有漩涡结构的,符号用“S”来表示,在组成方面漩涡星系一般是由中心的核球、星系盘、星系晕、以及叠加在盘上的旋臂构成的,而在每一个组成的成分上面,恒星和气体的分布以及含量都是不一样的。

在旋臂上面主要的是大质量恒星,正是由于这个原因,旋臂往往表现得非常明亮,这是因为大质量恒星所产生的辐射很强,同时它会电离周围的气体使它们产生电离辐射。

而在星系盘里面是由小质量恒星占主导地位,恒星颜色一般都是呈现为蓝色。星系晕和核球通常都是一些年老的恒星,核球在整个星系里面所占有的比例是不一样的,所以在观测这些区域的时候颜色一般是呈现偏向红色的。

漩涡星系旋臂缠绕的程度是不同的,有些旋臂缠卷得很紧,有些缠卷得很松,根据这两个特征可以把漩涡星系分成:Sa、Sb、Sc这三个类型。

图解:旋涡星系·NGC 2841


【棒旋星系】

棒旋星系」与「漩涡星系」非常相似,与正常的「漩涡星系差别主要表现在最中心的核球的形态上,在「棒旋星系」里面最中心的区域不再是一个椭状的结构,而是一个棒状的结构,所以称这类星云为「棒旋星系· barred spiral」。

在「棒旋星系」里面旋臂是来自于“棒”的两端,完全类似于正常的「漩涡星系」,在「棒旋星系」里面也可以对“棒”所占有的比例以及旋臂所缠绕的程度对它们进行分类:SBa、SBb、SBc三个类型。银河系在真正意义上就属于一个「棒旋星系」,它是介于SBb、SBc之间。

图解:棒旋星系·NGC 986


【透镜状星系】

介于椭圆星系与旋涡星系之间的、无旋臂的盘星系,也就是在哈勃音叉图上,音叉音叉柄交点的区域所对应的星系,叫做「透镜状星系」,与椭圆星系相比,透镜状星系具有一个盘状结构,不是一个椭球状的结构,但是它和漩涡星系相比,在它的盘上面是没有旋臂的,在组成上面更像椭圆星系,因为它主要的是由年老的小质量恒星来组成的,气体是非常少的。

根据「透镜状星系」中心到底是一个“核球”还是一个“棒”,来区分「透镜状星系」是属于“S0” 或是“SB0”这两类,有核球的是属于“S0”,出现“棒”状的就采用“SB0”。

图解:中心透镜状星系半人马座a(ngc 5128)


【不规则星系】

上述提到的三类星系都在一定程度上有对称性,但是也有很多星系没有对称的结构,无论是在外形上面,还是在结构上面,外形或结构没有明显对称性的星系,称为「不规则星系」用“Irr”这样的符号来代表这类星系,这是来自于英文单词“不规则”的英文简写。

「不规则星系」往往富含大量的星际气体、尘埃,这意味着它们可以大量地产生恒星,因为恒星是来自于气体和尘埃云的,气体和尘埃云的含量越多,就越容易形成新的恒星。

在「不规则星系」里面,有些是它自身形状就是不规则的,也有可能是因为它有着大量的恒星形成的过程,使得它的形态上看上去是不规则的。

在可观测宇宙里面大约有1万亿个星系,就目前对整个宇宙里面不同类型的星系的统计,「不规则星系」占据了整个星系世界里面的大部分,占据着主导的地位。

图解:不规则星系/M82,位于大熊座

作品回顾

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所有符合直觉的东西不一定是对的,空间就是维度里最奇特的代表

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