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释义

星系一词源自于希腊文中的galaxias(γαλαξ?α?),参考我们的银河系,是一个包含恒星、气体星际物质宇宙尘和暗物质,并且受到重力束缚的大质量系统。典型的星系,从只有数千万颗恒星的矮星系到上兆颗恒星的椭圆星系都有,全都环绕着质量中心运转。除了单独的恒星和稀薄的星际物质之外,大部分的星系都有数量庞大的多星系统、星团以及各种不同的星云。
星系

星系

围绕和延伸在星系之间,有着稀薄的等离子[10],它们被认为具有宇宙纤维状结构[11],这是比宇宙的平均密度略为密集的区域。这些物质被称为 星系际介质(IGM),并且通常是被电离的;也就是包含等量的电子和质子的等离子。IGM的密度被认为是宇宙平均密度的10至100倍(每立方米拥有10至100颗氢原子)。在富星系团内的密度高达平均密度的1000倍时。
星系际介质被认为主要是电离气体的原因是以地球的标准来看,它的温度被认为是相当高的(虽然有些地区以天文物理的标准来看只是温暖)。当气体由空洞进入星系际介质,它被加热至10K到 10K,这是足够让氢原子在碰撞时被撞出的电子成为自由电子,像这种温度的星系际介质被称为温热星系际介质(WHIM)。电脑模拟显示,在宇宙中约有一半的原子物质可能存在于这种温热、稀薄的状态。当气体从温热星系际介质的纤维状结构进入星系团的宇宙斯状结构的界面时,它的温度会升得更高,温度可以达到10K或更高。
历史上,星系是依据它们的形状分类的(通常指它们视觉上的形状)。最普通的是椭圆星系,[5]有着椭圆形状的明亮外观;漩涡星系是圆盘的形状,加上弯曲尘埃的旋涡臂;形状不规则或异常的,通常都是受到邻近的其他星系影响的结果。邻近星系间的交互作用,也许会导致星系的合并,或是造成恒星大量的产生,成为所谓的星爆星系。缺乏有条理结构的小星系则会被称为不规则星系。[6]
在可以看见的可观测宇宙中,星系的总数可能超过一千亿个以上。大部分的星系直径介于1,000至100,000秒差距,彼此间相距的距离则是百万秒差距的数量级。星系际空间(存在于星系之间的空间)充满了极稀薄的电浆,平均密度小于每立方公尺一个原子。多数的星系会组织成更大的集团,成为星系群或团,它们又为聚集成更大的超星系团。这些更大的集团通常被称为薄片或纤维,围绕在宇宙中巨大的空洞周围。
虽然我们对暗物质的了解很少,但在大部分的星系中它都占有大约90%的质量。观测的数据显示超重黑洞存在于星系的核心,即使不是全部,也占了绝大多数,它们被认为是造成一些星系有着活跃的核心的主因。银河系,我们的地球太阳系所在的星系,感觉看起来在核心中至少也隐藏着一个这样的物体。
星系定义关于星系定义,江发世在《地球新论》一文的观点是:
在宇宙中,由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体或集合体叫做星系
星球的绕转形式有两种:一是众多质量小的星球绕质量大的中心星球转动,如太阳系众多行星和彗星等绕太阳转动;二是两颗星球围绕共同质心相互转动,如地球和月亮组成的地月星系,二者共同围绕地月质心转动。绝大多数星系属于前者

特征

星系大小差异很大。椭圆星系直径在3300光年到49万光年之间;漩涡星系直径在1.6万光年到16万光年之间;不规则星系直径大约在6500光年到2.9万光年之间!
星系的质量一般在太阳质量的100万到1兆倍之间!
星系内部的恒星在运动,而星系本身也在自转,整个星系也在空间运动。传统上,天文学家认为星系的自转,顺时针方向和逆时针方向的比率是相同的。但是根据一个星系分类的分布式参与项目Galaxyzoo的观察结果,逆时针旋转的星系更多一些!
星系具有红移现象,说明这些星系在空间视线方向上正在离我们越来越远。这也是大爆炸理论的一个有力证据。
星系在大尺度的分布上是接近均匀的;但是小尺度上来看则很不均匀。例如大麦哲伦星系和小麦哲伦星系组成双重星系,它们又和银河系组成三重星系

星系观测简史

对我们自己的银河系和其它星系的调查开始于詹姆斯·毕倪和迈克尔·马黎·费尔德的报告书:星系天文学(Galacticastronomy)。

星系的发现

在1610年,伽利略使用他的望远镜研究天空中明亮的带状物,也就是当时所知的银河,并且发现它是数量庞大但光度暗淡的恒星聚集而成的。在1755年的一篇论文,伊曼纽尔·康德借鉴更早期由托马斯·怀特工作完成的素描图,推测(正确的)星系可能是由数量庞大的恒星转动体,经由重力的牵引聚集在一起,就如同我们的太阳系,只是规模更为庞大。恒星聚集成盘状,我们由盘内透视的效果,将会看成一条在夜空中的光带。康德也猜想某些在夜空中看见的星云可能是独立的星系。

星系区分

在18世纪接近尾声时,梅西尔完成了梅西尔目录,收录了103个明亮的星云。不久之后,威廉·赫协尔也完成了收录多达5,000个星云的目录。在1845年,罗斯勋爵建造了一架新的望远镜,能够区分出椭圆星系和螺旋星系,他也在这些星云中找到了一些独立的点,为康德早先的说法提供了证据。但是,星云仍未能获得一致认同是遥远的星系,直到1920年代早期哈柏使用新的大望远镜才获得确认。哈柏分辨出螺旋星系外围中单独的恒星,并且辨认出其中有些是造父变星,因而可以估计出这些星云状天体的距离:她们的距离实在太远,以致不可能是银河系的一部分。

描述

在1936年,哈柏制定了现称哈柏序列,并仍被使用的星系分类法。第一位尝
星系图

星系图

试描述银河系的形状和太阳位置的天文学家是威廉·赫协尔,他在1785年小心的计算天空中在不同区域的恒星数目,得到了太阳系在中心的椭圆星系的图像,这与1920年卡普坦得到的结果非常类似,只是比较小些(直径大约15,00秒差距)。哈洛·夏普利使用另一种不同的方法,建立在球状星团的分布上,得到了一幅完全不同的图像:一个直径约70,000秒差距的扁平盘状,而且太阳在远离中心的位置上。但两者的分析都没有考虑到星际尘埃在银河盘面上造成的光线的吸收的量;一旦罗伯特·朱利叶斯·庄普勒在1930年经由研究疏散星团确定了这个作用之后,我们所认知的银河系图样就浮现出来了。 在1944年,亨德力克·赫尔斯特预言氢原子会辐射出21公分波长的微波,结果在1951年便发现来自星际氢原子的辐射线。这条辐射线允许对星系做更深入的研究,因为他不会被星际尘埃吸收,并且来自他的都卜勒位移能够映像出星系内气体的运动。这些观测导致转动的假定,分辨出在星系中心的棒状结构,配合无线电望远镜,在其它星系的氢原子也能被追踪到。在1970年,维拉·鲁宾的研究发现星系可见的总质量(恒星和气体)不能适当的说明星系中气体的转动速度。如今星系自转问题已经用于解释未能观察到的大量暗物质。
从1990年代开始,哈柏太空望远镜提高了观测的效益,尤其是,他确认了神秘的暗物质不可能是在星系中的暗弱小天体。哈柏深空,对天空的一个区域进行极长时间的曝光,提供了宇宙中可能有多达1,750亿个星系的可能证据。在不可见光的光谱侦测技术上的改进(无线电望远镜、红外线摄影机、X射线望远镜),让人类可以见到连哈柏太空望远镜也看不见的其它星系。特别是,对天空中隐匿带(天空中被银河系遮蔽的部分)的星系巡天,揭露了相当数量的新星系。

星系分类

星系主要分成三类:椭圆星系螺旋星系不规则星系。对星系类型更明确与广泛的描述会在哈柏序列的条目中叙述。因为哈柏序列是根据视觉的型态,他也许会错过某些星系的重要特征,例如恒星形成率(在星爆星系或活跃星系的核心)。 透镜星系是介于椭圆星系和旋涡星系之间的一种星系。
根据哈柏分类法,星系的类型E表示椭圆星系,S是螺旋星系,SB是棒旋星系,S0是透镜星系。

椭圆星系

哈柏分类法根据椭圆星系椭率的估计进行分类,从E0,接近圆形的,到E7,非常瘦长的。这些星系,不论视线的角度是如何,都有着椭圆形的外观。她们看似没有任何的结构,而且相对来说星际物质的成分也很少。通常这些星系会有少量的疏散星团和少量新形成的恒星,取而代之的是老年的,与以各种不同方向环绕星系的中心,已经成熟的恒星为主。她们的一些性质类似小了许多的球状星团。
“哈勃深空”照片

“哈勃深空”照片

大部分的星系都是椭圆星系,许多椭圆星系相信是经由星系的交互作用,碰撞或是合并,产生的。她们可以长成极大的体积(与螺旋星系比较)而且巨大的椭圆星系经常出现在星系群的中心区域。星爆星系是星系碰撞后的结果,可能导致巨大椭圆星系的形成。
类型
椭圆星系分为七种类型,按星系椭圆的扁率从小到大分别用E0-E7表示,最大值7是任意确定的。该分类法只限于从地球上所见的星系外形,原因是很难确定椭圆星系在空间中的角度。
不规则星系没有一定的形状,而且含有更多的尘埃和气体,用Irr表示。另有一类用S0表示的透镜型星系,表示介于椭圆星系和旋涡星系之间的过渡阶段的星系。
属E0型椭圆星系的NGC4552。该星系位于室女座
NGC4486,同样位于室女座,属E1型椭圆星系。
NGC4479属于E4型椭圆星系,位于室女座
NGC205椭圆星系,属于E6型,位于仙女座。
仙女座

仙女座

位于六分仪座的NGC3115,属E7型椭圆星系,也有把它归为S0型的。

螺旋星系

在螺旋星系,螺旋臂的形状近似对数螺线,在理论上显示这是大量恒星一致转动造成的一种干扰模式。像恒星一样,螺旋臂也绕着中心旋转,但是旋转的角速度并不是常数,这意味着恒星会穿越过螺旋臂,螺旋臂则是高密度区或是密度波。当恒星进入螺旋臂,他们会减速,因而创造出更高的密度;这就类似波将在高速公路上的车速延缓一样。螺旋臂能被看见,是因为高密度促使恒星在此处诞生,因而螺旋臂上有许多明亮和年轻的恒星。
我们自己的星系,银河系,有时就简称为银河,是一个有巨大星系盘的棒旋星系,直径大约三万秒差距或是十万光年,厚度则约为三千光年;拥有约三千亿颗恒星(3×1011)和大约六千亿颗太阳的质量。

旋涡星系

(Spiral Galaxy, S-type Galaxy)具有旋涡结构的河外星系称为旋涡星系,在哈勃的星系分类中用S代表.螺旋星系的螺旋形状,最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现的.螺旋星系的中心区域为透镜状,周围围绕着扁平的圆盘.从隆起的核球两端延伸出若干条螺线状旋臂,叠加在星系盘上.螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种.按哈勃分类,正常漩涡星系又分为 a、b、c三种次型:Sa型中心区大,稀疏地分布着紧卷旋臂;Sb型中心区较小,旋臂较大并较开展;Sc型中心区为小亮核,旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、电离氢区外,同时还有大量的尘埃和气体分布在星系盘上。从侧面看在主平面上呈现为一条窄的尘埃带,有明显的消光现象。漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕,叫做星系晕。其中主要是星族Ⅱ天体,其典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球状星团。随机地散布在星系盘周围空间。在往外,可能还有更稀疏的气体球,称为星系晕。漩涡星系的质量为十亿到一万亿个太阳质量,对应的光度是绝对星等-15~-21等。直径范围是5~50Kpc。Sa型星系的总光谱型为K,Sb型为F~K, Sc型为A~F。产生总光谱的主要天体既有高光度早型星,又有高光度晚型星星族Ⅰ天体组成星系盘和旋臂,星族Ⅱ天体主要构成星系核、星系晕和星系冕

棒旋星系

(Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)棒旋星系是中心呈长棒形状的螺旋形星系,一般的螺旋形星系的中心是有圆核的,而棒旋形星系的中心是棒形状,棒的两边有旋形的臂向外伸展。
旋涡星系,分为两族,一族是中央有棒状结构的棒旋星系,用SB表示
另一种是无棒状结构的旋涡星系,用S表示。这两类星系又分别被细分为三个次型,分别用下标a、b、c表示星系核的大小和旋臂缠绕的松紧程度。
最完美的环状星系

最完美的环状星系

类型:
位于狮子座的NGC3623,属Sa型旋涡星系。
属Sb型的NGC3627旋涡星系,位于狮子座。
NGC3351位于狮子座,属SBb型棒旋星系。
SBc型棒旋星系NGC3992,位于狮子座。

矮星系

球状星团半人马座
尽管椭圆星系和螺旋星系是很明显与突出的,宇宙中大部分的星系都是矮星系,这些微小的星系都不到银河系百分之一的大小,只拥有数十亿颗的恒星。许多矮星系可能都会环绕着单独的大星系运转,我们的银河至少就有一打这样的矮星系。矮星系依样可以分成椭圆、螺旋和不规则。因为矮椭圆星系外观上与大的椭圆星系有一点相似,因此她们经常被称为矮球状星系来取代。
类型:
猎犬座的NGC5194旋涡星系,属Sc型。左侧是一个矮星系。

活跃星系

有部分我们观察到的星系被分类为活跃星系,也就是说,来自星系的总能量除了恒星、尘埃和星际介质之外,还有另一个重要的来源。像这样的活跃星系核的标准模型,根据能量的分布,认为是物质掉落入位在核心区域的超重质量黑洞造成的。
以X射线的形式,辐射出高能量的星系被分类为赛弗特星系类星体、或蝎虎BL类星体。从由核心喷发出的相对喷流发射出无线电频率的活跃星系被分类为无线电星系。在统一场论的星系模型中,这些不同类的星系被解释为从不同角度观察所得到的结果。

不规则星系

不规则星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy) 外形不规则,没有明显的核和旋臂,
星系

星系

没有盘状对称结构或者看不出有旋转对称性的星系,用字母Irr表示。在全天最亮星系中,不规则星系只占5%。 按星系分类法,不规则星系分为Irr I型和Irr II型两类。 I型的是典型的不规则星系,除具有上述的一般特征外,有的还有隐约可见不甚规则的棒状结构。它们是矮星系,质量为太阳的一亿倍到十亿倍,也有可高达100亿倍太阳质量的。 它们的体积小,长径的幅度为2~9千秒差距。星族成分和Sc型螺旋星系相似:O-B型星、电离氢区、气体和尘埃等年轻的星族I天体占很大比例。 II型的具有无定型的外貌,分辨不出恒星和星团等组成成分,而且往往有明显的尘埃带。 一部分II型不规则星系可能是正在爆发或爆发后的星系,另一些则是受伴星系的引力扰动而扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系的起源可能完全不同。
类型:
银河系的卫星系“大麦哲伦云”,属不规则星系。
NGC3034不规则星系,位于大熊星座。

独立星系和从属星系

按照星系之间是否有隶属关系,将宇宙中的星系划分为 独立星系从属星系。在宇宙空间中独立运行,它没有环绕中心体旋转,这样的星系叫做独立星系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转,地月星系绕太阳运转,这样的星系叫做从属星系。

核旋转星系和核不旋转星系

按照中心星是否旋转,划分为 核旋转星系核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。

直线运动星系和曲线运动星系

按照星系运行的轨迹,划分为 直线运动星系曲线运动星系。在宇宙空间中,那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。

系内星系和宇宙星系

按照星系所在的空间位置,划分为 系内星系宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系;凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系。

年老星系和年轻星系

按照星系形成的年龄,划分为 年老星系年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系,年老的星系大都已演化成为比较规则的星系;在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久,这样的星系叫做年轻的星系,年轻的星系大都呈不规则状态。

中心式星系和伴星式星系

按照星系中星球的关系,划分为 中心式星系伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系,如太阳系、银河系等;由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系,如地球和月亮所组成的地月星系。

大尺度结构

非常少数的星系是单独存在的,这些通常都被认为是视场星系。许多星系和一定数量的星系之间有重力的束缚。包含有50个左右星系的集团叫做星系群,更大的包含数千个星系,横跨数百万秒差距空间的叫做星系集团。星系集团通常由一个巨大的椭圆星系统治着,他的潮汐力会摧毁邻近的卫星星系,并将质量加入星系中。超星系集团是巨大的集合体,拥有数万个星系,其中有星系群、星系集团和一些孤单的星系;在超星系集团尺度,星系汇排列成薄片状和细丝,环绕着巨大的空洞。在上述的尺度中,宇宙呈现出各向同性和均质。
我们的银河是本星系群中的一员,相对来说是一个直径大约1022百万秒差距的小星系群。银河和仙女座星系是这个群中最大的两个星系,许多其它的矮星系都是这两个的卫星星系。本星系群是以室女座星系团为中心的巨大星系群与星系集团集合体的一部分。
星系在宇宙中呈网状分布。从大尺度看,星系包围着一个个像气泡一样的空白区域,在整体上形成类似蜘蛛网或神经网络的结构,称之为宇宙大尺度分布。

形成和演化

星系的形成

星系之形成和演化向来都众说纷纭,有些已经被广泛接受,但仍然有不少人质疑。
棒旋星系

棒旋星系

星系的形成包含了两方面,一是上下理论,二是下上理论。上下理论是指:星系乃由一次宇宙大爆炸中形成,发生在147亿年前。另一个学说则是指:星系乃由宇宙中旳微尘所形成。原本宇宙有大量的球状星团(globularcluster),后来这些星体相互碰撞而毁灭,剩下微尘。这些微尘经过组合,而形成星系。
虽然在今时今日,关于星系形成的学问有不少人质疑,但大抵在星系形成研究方面,随着研究的深入,已伸展至星系演化方面。在天文物理学中,有关星系形成和演化的问题有:
· 在一个均质的宇宙中,我们是否居住在一个独特而与众不同的场所?
· 星系是如何形成的?
· 星系是如何随着时间改变的?

星系的演化

“哈勃深空”照片
按照宇宙大爆炸理论,第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间,有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却,引力开始发挥作用,然后,幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大,从而形成了一些“沟”,星系团就是沿着这些“沟”形成的。
哈勃太空望远镜拍摄的遥远的年轻星系照片,其中包含有正在形成中的星系团(原星系)。 十八个正在形成中的星系团的单独照片。每个团快距地球约一百十亿光年。著名的“哈勃深空”照片。展示了一千多个在宇宙形成后不到十亿年内形成的年轻星系。 哈勃深空图片。箭头所指的可能是迄今为止发现的最遥远的星系。阿贝尔2218星系群。照片反映了宇宙中的“引力透镜”现象。 两个相邻的星系NGC1410、NGC1409因引力作用而互相吸取物质。
位于后发座的NGC

位于后发座的NGC

随着暴涨的转瞬即逝,宇宙又回复到如今日所见的那样通常的膨胀速率。在宇宙诞生后的第一秒钟,随着宇宙的持续膨胀冷却,在能量较为“稠密”的区域,大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来。一百秒后,质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内,构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。大约再经过三十万年,宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久,星系就在其中形成了。大爆炸发生过后十亿年,氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长,初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小,各个原星系之间靠得比较近,因此相互作用很强。于是,在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云,而其余部分则被邻近的云所吞并。
不规则星系大麦哲伦云

不规则星系大麦哲伦云

同时,原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。原星系的质量变得越大,它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用,最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩,一些自转较快的云团形成了盘状;其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后,便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起,就像我们地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中,这样的星系团星系际气体伸展成纤维状的结构,长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。

区别和定义

星系:在茫茫的宇宙海洋中,千姿百态的“岛屿”,星罗棋布,上面居住着无数颗恒星和各种天体,天文学上称为星系。我们居住的地球就在一个巨大的星系——银河系之中。在银河系之外的宇宙中,像银河这样的太空巨岛还有上亿个,它们统称为河外星系。
星团:在银河系众多的恒星中,除了以单个的形式,或组成双星、聚星的形式出现外,也有以更多的星聚集在一起的。星数超过10颗以上,彼此具有一定联系的恒星集团,称为星团。使这些恒星团结在一起的是引力。星团的成员多的可达几十万颗。它们又可以分成疏散星团和球状星团两类。银河系中遍布着星团,只是不同的地方星团的种类也不同。
星云: 星云是一种由星际空间的气体和尘埃组成的云雾状天体。星云中的物质密度是非常低的。如果拿地球上的标准来衡量,有些地方几乎就是真空。但星云的体积非常庞大,往往方圆达几十光年。因此,一般星云比太阳还要重得多。星云的形状千姿百态。有的星云形状很不规则,呈弥漫状,没有明确的边界,叫弥漫星云;有的星云像一个圆盘,淡淡发光,很像一个大行星,所以称为行星状星云

术语

1、椭圆星系:呈椭圆形,没有悬臂结构。
其中又分为:E0,E1……E7,数字越大,星系越扁
2.漩涡星系
(1)核心部分为椭圆形:Sa,Sb,Sc
(2)出现棒状结构:SBa,SBb
(3)透镜星系:介于E与Sa之间:SO
Irr 1(罗马数字):颜色偏蓝
Irr 2(罗马数字):颜色偏黄
4.星系活跃分类
蓝星系:即星系中恒星生成十分活跃,充满了年轻的蓝色恒星
红星系:即星系中恒星生成很缓慢或完全停滞,充满了年老的红色恒星
绿谷星系:处于上述两者之间的的星系,是蓝星系向红星系转变的过程,例如银河系

银河系

在没有灯光干扰的晴朗夜晚,如果天空足够黑,你可以看到在天空中有一条弥漫的光带。这条光带就是我们置身其内而侧视银河系时所看到的它布满恒星的圆面——银盘。银河系内有约两千多亿颗恒星,只是由于距离太远而无法用肉眼辩认出来。由于星光与星际尘埃气体混合在一起,因此看起来就
球状星团半人马座

球状星团半人马座

像一条烟雾笼罩着的光带。银河系的中心位于人马座附近。银河系是一个中型恒星系,它的银盘直径约为十二万光年。它的银盘内含有大量的星际尘埃和气体云,聚集成了颜色偏红的恒星形成区域,从而不断地给星系的旋臂补充炽热的年轻蓝星,组成了许多疏散星团或称银河星团。已知的这类疏散星团约有一千两百多个。银盘四周包围着很大的银晕,银晕中散布着恒星和主要由老年恒星组成的球状星团。
天鹅-人马座方向的银河。
辉煌的银河系中心(银核)部分。
辉煌的银河系中心(银核)部分II。
织女、牵牛星-人马座方向的银河。
天鹰-人马座方向的银河。
长盾-人马座方向的银河。
从我们所处的角度很难确切地知道银河系的形状。但随着近代科技的发展,探测手段的进步在某种程度上克服了这些障碍,揭示出银河系具有的某些出人意料的特征。长期以来人们一直以为银河系是一个典型的旋涡星系,与仙女座星系类似。但最近的观测却发现,它的中央核球稍带棒形。这意味着银河系很可能是一种棒旋星系。另外,银河系是一个比较活跃的星系,银核有强烈的宇宙射线辐射,在那里恒星以高速围绕着一个不可见的中心旋转。这表明在银河系的核心有一个超大质量的黑洞。
银河系有两个较矮小的邻居——大麦哲伦云和小麦哲伦云,它们都属于不规则星系。由于引力的作用,银河系在不断地从这两个小星系中吸取尘埃和气体,使这两个邻居中的物质越来越少。预计在一百亿年里,银河系将会吞没这两个星系中的所有物质,这两个近邻将不复存在。

河外星系

它们是与银河系类似的天体系统,距离都超出了银河系的范围,因此称它们为“河外星系”。仙女座星系就是位于仙女座的一个河外星系。河外星系与银河系一样,也是由大量的恒星、星团、星云和星际物质组成。我们能观测到的河外星系有100亿个之多。
1845年的漩涡星系素描图

1845年的漩涡星系素描图

20世纪20年代,美国天文学家哈勃在仙女座大星云中发现了一种叫作“造父变星”的天体,从而计算出星云的距离,终于肯定它是银河系以外的天体系统,称它们为“河外星系”。 河外星系,简称为星系,是位于银河系之外、 由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的 天体系统。之所以称之为河外星系,是因为他们全部都存在于银河系之外,即所有银河系之外的所有天体系统被称为河外星系。而银河系与河外星系即组成了天文学对于天体的最高称呼----总星系。银河系也只是总星系中的一个普通星系。人类估计河外星系包含的天体及天体系统总数在千亿个以上,它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿,故也被称为" 宇宙岛"。 关于河外星系的发现过程可以追溯到两百多年前。在当时法国天文学家梅西耶( Messier Charles ) 为星云编制的星表中,编号为M31的星云在天文学史上有着重要的地位。初冬的夜晚,熟悉星空的人可以在仙女座内用肉眼找到它——一个模糊的斑点,俗称仙女座大星云。从1885年起,人们就在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星,从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云,而一定是由许许多多恒星构成的系统,而且恒星的数目一定极大,这样才有可能在它们中间出现那么多的新星。如果假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它新星的亮度是一样的,那么就可以大致推断出仙女座大星云离我们十分遥远,远远超出了我们已知的银河系的范围。但是由于用新星来测定的距离并不很可靠,因此也引起了争议。直到1924年,美国天文学家哈勃用当时世界上最大的2.4米口径的望远镜在仙女座大星云的边缘找到了被称为" 量天尺"的造父变星,利用造父变星的光变周期和光度的对应关系才定出仙女座星云的准确距离,证明它确实是在银河系之外,也像银河系一样,是一个巨大、独立的 恒星集团。因此,仙女星云应改称为仙女星系。 从河外星系的发现,可以反观我们的银河系。它仅仅是一个普通的 星系,是千亿星系家族中的一员,是宇宙海洋中的一个小岛,是无限宇宙中很小很小的一部分。

古老星系

2011年4月12日,欧洲宇航局宣布,一个国际天文学研究小组发现了一个距今135.5亿年的星系,这是已知最古老的星系。这一发现有助于揭开宇宙“黑暗时代”之谜。根据科学界普遍认可的大爆炸理论,我们的宇宙是137.5亿年前由一个非常小的点爆炸形成的。随着宇宙的膨胀,大爆炸约38万年后,能量逐渐形成了物质,大量氢气弥散在宇宙中。这时由于没有新的光源产生,宇宙是黑暗的。尽管此后逐渐有恒星、星系诞生,但他们产生的光仍然很暗,并且被弥散在宇宙中的“氢气雾”遮掩,直到10亿年后,星系越来越多,“氢气雾”被它们产生的电磁辐射驱散后,宇宙才开始亮起来。这10亿年被称为宇宙“黑暗时代”。对“黑暗时代”的研究是当今科学前沿课题之一,而发现和研究在“黑暗时代”诞生的恒星和星系是揭开这一时代奥秘的关键。
2012年1月,由美国科学家牵头的一个国际天文学研究小组也曾在英国《自然》杂志上宣布,利用哈勃太空望远镜发现了最古老星系,它诞生于宇宙大爆炸最初的4.8亿年,而新发现的古老星系则诞生于宇宙大爆炸最初的2亿年,比前者年长2.8亿年。这一星系是由法国里昂大学里昂天文台约翰·理查德领导的研究小组发现的,他们利用美国哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜发现了该星系,然后利用美国夏威夷凯克天文台的仪器测定了它距地球的距离为128亿光年,这说明该星系至少诞生于128亿年前。对该星系光谱的进一步研究显示,该星系中最早的恒星已有7.5亿年历史,研究人员因此断定该星系诞生于135.5亿年前。这一成果发表在英国《皇家天文学会月刊》上。

最大的星系

在宇宙中,最大的星系是距离地球大约10.7亿光年的 阿贝尔2029星系群的中心星系,其直径为560万光年,此星系相当于银河系直径的50多倍
周日,美国加利福尼亚理工学院的几名天体物理学家发现了已知的距离地球最远的星系。这是一个非常小的星系,距离地球的距离为130亿光年。这一星系的发现者之一,天体物理学家理查德·埃利斯表示:“我们非常确信这是已知的距离地球最远的物体。
  这些天体物理学家使用了两个功率强大的天文望远镜,其中一个在太空,另外一个在夏威夷。科学家利用这两个天文望远镜,再利用Abell 2218星系团的重力透镜作用发现了来自这一遥远星系的光线。重力透镜作用最早是由著名科学家爱因斯坦发现的,它指的是在重力的作用下会使光线发生扭曲,从而产生透镜的效果。这种效果通常我们完全感觉不到,但是当光线来自于几十亿光年之外时这种作用就非常明显了。另一位天文物理学家保罗·内布表示:“如果没有重力透镜作用,利用现有的天文望远镜是不可能发现这么远的星系的。”
哈佛大学天文物理学科学家罗伯特·科什纳表示这一发现对于天文学研究来说意义重大,他说:“这一发现证实了科学家们此前很多的猜测,让人们了解到宇宙中第一颗行星是什么时候才开始发光的。”科学家们发现这一新发现的星系的跨度只有2000光年,比我们的银河系要小的多,银河系的直径达到了10万光年。
埃利斯指出:“宇宙学家们认为早期星系所包含的恒星同构成现在星系的恒星是有很大区别的,而天体物理学家们则认为黑暗时期以后构成星系的恒星大体相同。”黑暗时期指的是137亿年前宇宙大爆炸开始到第一颗行星开始发光的这段时间,还没有人知道黑暗时期到底持续了多长时间。
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- 来自原声例句
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