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如果把宇宙比喻为广阔的海洋,那么星系就是点缀在海洋中的岛屿。星系之间的距离通常非常遥远,距离银河系达250万光年的仙女座河外星系已经是我们最近的邻居了。
星系的形成
“宇宙大爆炸”过后30万年,宇宙中的温度已经降低到允许电子和原子核结合形成原子的程度,那时宇宙还没有诞生恒星,漆黑一片,天文学家称之为“大黑暗期”。此时宇宙中的物质分布并不完全均匀,物质密度大的地方在万有引力的作用下会发生坍缩,然后吸引更多的物质发生汇聚,形成宇宙物质分布的大尺度结构。迄今为止,星系的详细形成过程尚无定论。早期天文学家猜测星系是由星云物质直接坍缩而成,后来天文学家更倾向于星系是由众多较小的星团物质逐渐合并而成。近年来的天文观测表明,暗物质在星系的形成和演化过程中也起着重要作用。此外,天文学家还发现大多数星系的中心都有大质量黑洞,黑洞与星系的演化关系也成了天文学的前沿研究课题。
星系的分类
虽然宇宙中星系的数量高达数千亿个,但是从形状上来看,可以分成四大类:旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系和不规则星系。其中不规则星系包含的物质总量非常少,仅占百分之几。
旋涡星系:这类星系具有明显的旋臂结构,中央是凸起的核球。不同的旋涡星系中央核球的大小和明亮程度各不相同,且旋臂的多少、松紧程度也各异。天文学家发现,中央核球越大、旋臂也缠绕得越紧。与其他星系相比,旋涡星系中富含气体和尘埃物质,有大量年轻的恒星。仙女座星系就是一个非常典型的旋涡星系。
棒旋星系:与旋涡星系相比,棒旋星系的中心区域多了一条“棒”,主要由恒星和星际介质组成。棒旋星系的旋臂从“棒”的两侧向外延伸。如果某个星系的星系盘平面与我们的视线方向夹角很小,那么就不容易区分它究竟是旋涡星系还是棒旋星系了。值得一提的是,长久以来人们曾经认为我们银河系是一个旋涡星系,但近年来越来越多的天文观测表明,它其实是一个棒旋星系。
椭圆星系:这类星系通常有明亮的密集核心,没有旋臂结构。它们彼此大小差异非常大,巨大椭圆星系的直径可达数百万光年,而较小的椭圆星系直径仅数千光年,亮度更是相差千万倍。大部分椭圆星系表现为自转很小或完全没有自转。绝大多数椭圆星系只含极少的气体和尘埃,很少有年轻的恒星形成,其中大部分都是年老的低质量恒星,因此该类星系整体颜色看起来偏黄。
不规则星系:顾名思义,这类星系的形状不规则,无法纳入以上三种分类体系中去。有一部分不规则星系的前身可能是椭圆星系或旋涡星系,由于在运行过程中与其他星系发生过亲密接触,形状发生了畸变所致。当然,大部分不规则星系只是一些富含气体的恒星系统,例如我们银河系的卫星星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云(著名的葡萄牙航海家麦哲伦于1521年环球航行时,首次对这两个小星系做了精确描述,后来就以他的姓氏命名。只有南半球的夜空才能看到这两个小星系)。一个典型的不规则星系中包含数十亿颗恒星,我们银河系包含数千亿颗恒星。
宇宙级的交通事故:星系大碰撞
众所周知,6500万年前,一颗小行星撞击地球导致恐龙家族的灭绝,这种级别的撞击对于生活在地球上的生命来说已经是世界末日了,但与宇宙中星系之间发生的大碰撞相比,甚至连小剐小蹭都算不上。天文学家研究表明,星系之间的碰撞和合并事件也是星系演化的重要环节,许多大型星系就是由许多较小的星系合并而成的。实际上,星系之间的碰撞主要是气体物质受到冲击,鉴于恒星之间的巨大空间,很少有恒星能发生面对面的碰撞,犹如两团沙子在碰撞时彼此发生穿越一样。如果发生碰撞的两个星系的中心都有超大质量黑洞,那么两颗黑洞最终也会融合为一颗更大的超级黑洞。
前面提到,仙女座星系是我们最近的邻居星系,非常恐怖的一个事实是,它正在以每秒110千米的速度朝我们银河系飞奔而来,大约30多亿年后,就会与我们银河系发生碰撞,如果那时候地球上还有人类的话,就会看到一个巨大的星系挂在夜空当中,非常壮观。对于这种宇宙级的大碰撞事件,没有任何力量能够阻止,顺其自然就好。当今生活在地球上的人也没必要为30多亿年后的事情而担心。
星系的形成
“宇宙大爆炸”过后30万年,宇宙中的温度已经降低到允许电子和原子核结合形成原子的程度,那时宇宙还没有诞生恒星,漆黑一片,天文学家称之为“大黑暗期”。此时宇宙中的物质分布并不完全均匀,物质密度大的地方在万有引力的作用下会发生坍缩,然后吸引更多的物质发生汇聚,形成宇宙物质分布的大尺度结构。迄今为止,星系的详细形成过程尚无定论。早期天文学家猜测星系是由星云物质直接坍缩而成,后来天文学家更倾向于星系是由众多较小的星团物质逐渐合并而成。近年来的天文观测表明,暗物质在星系的形成和演化过程中也起着重要作用。此外,天文学家还发现大多数星系的中心都有大质量黑洞,黑洞与星系的演化关系也成了天文学的前沿研究课题。
星系的分类
虽然宇宙中星系的数量高达数千亿个,但是从形状上来看,可以分成四大类:旋涡星系、棒旋星系、椭圆星系和不规则星系。其中不规则星系包含的物质总量非常少,仅占百分之几。
旋涡星系:这类星系具有明显的旋臂结构,中央是凸起的核球。不同的旋涡星系中央核球的大小和明亮程度各不相同,且旋臂的多少、松紧程度也各异。天文学家发现,中央核球越大、旋臂也缠绕得越紧。与其他星系相比,旋涡星系中富含气体和尘埃物质,有大量年轻的恒星。仙女座星系就是一个非常典型的旋涡星系。
棒旋星系:与旋涡星系相比,棒旋星系的中心区域多了一条“棒”,主要由恒星和星际介质组成。棒旋星系的旋臂从“棒”的两侧向外延伸。如果某个星系的星系盘平面与我们的视线方向夹角很小,那么就不容易区分它究竟是旋涡星系还是棒旋星系了。值得一提的是,长久以来人们曾经认为我们银河系是一个旋涡星系,但近年来越来越多的天文观测表明,它其实是一个棒旋星系。
椭圆星系:这类星系通常有明亮的密集核心,没有旋臂结构。它们彼此大小差异非常大,巨大椭圆星系的直径可达数百万光年,而较小的椭圆星系直径仅数千光年,亮度更是相差千万倍。大部分椭圆星系表现为自转很小或完全没有自转。绝大多数椭圆星系只含极少的气体和尘埃,很少有年轻的恒星形成,其中大部分都是年老的低质量恒星,因此该类星系整体颜色看起来偏黄。
不规则星系:顾名思义,这类星系的形状不规则,无法纳入以上三种分类体系中去。有一部分不规则星系的前身可能是椭圆星系或旋涡星系,由于在运行过程中与其他星系发生过亲密接触,形状发生了畸变所致。当然,大部分不规则星系只是一些富含气体的恒星系统,例如我们银河系的卫星星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云(著名的葡萄牙航海家麦哲伦于1521年环球航行时,首次对这两个小星系做了精确描述,后来就以他的姓氏命名。只有南半球的夜空才能看到这两个小星系)。一个典型的不规则星系中包含数十亿颗恒星,我们银河系包含数千亿颗恒星。
宇宙级的交通事故:星系大碰撞
众所周知,6500万年前,一颗小行星撞击地球导致恐龙家族的灭绝,这种级别的撞击对于生活在地球上的生命来说已经是世界末日了,但与宇宙中星系之间发生的大碰撞相比,甚至连小剐小蹭都算不上。天文学家研究表明,星系之间的碰撞和合并事件也是星系演化的重要环节,许多大型星系就是由许多较小的星系合并而成的。实际上,星系之间的碰撞主要是气体物质受到冲击,鉴于恒星之间的巨大空间,很少有恒星能发生面对面的碰撞,犹如两团沙子在碰撞时彼此发生穿越一样。如果发生碰撞的两个星系的中心都有超大质量黑洞,那么两颗黑洞最终也会融合为一颗更大的超级黑洞。
前面提到,仙女座星系是我们最近的邻居星系,非常恐怖的一个事实是,它正在以每秒110千米的速度朝我们银河系飞奔而来,大约30多亿年后,就会与我们银河系发生碰撞,如果那时候地球上还有人类的话,就会看到一个巨大的星系挂在夜空当中,非常壮观。对于这种宇宙级的大碰撞事件,没有任何力量能够阻止,顺其自然就好。当今生活在地球上的人也没必要为30多亿年后的事情而担心。