星系：特征，组成，类型，形成 - 阿特 - 2025

一个星系的天体和物质，如气体和尘埃云，千亿颗恒星，星云，行星，小行星，彗星，黑洞，甚至很多的暗物质，所有结构由于重力的聚集。

我们的太阳系是一个称为银河系的大型旋涡星系的一部分。源自希腊语的该名称与穿越天球的昏暗带相似，因此可以翻译为“奶路”。

图1.用哈勃望远镜观察到的美丽的双凸透镜星系，位于处女座星座处的宽伞星系M104，距我们2935万光年。资料来源：维基共享资源。

在晴朗的夏日夜晚，在天蝎座和人马座之间可以很好地观察到，因为在那个方向上是原子核，并且恒星的密度更高。

星系发现的历史

伟大的希腊思想家和数学家阿德德拉的德Demo克利特（Abdera，公元前460-370年）最早提出-在他的时代，没有望远镜-银河系实际上是由数千颗恒星组成，相距甚远，以至于无法分辨。其他。

伽利略（1564-1642）同意了一段时间后，通过指着他的望远镜他发现天空中的恒星数量超过了他的数。

伽利略伽利略-资料来源：多梅尼科·丁托列托

是德国哲学家伊曼纽尔·康德（Immanuel Kant（1724-1804））推测，银河系由成千上万个其他太阳系组成，并且整体呈椭圆形，并围绕中心有节奏地旋转。

此外，他还建议存在其他恒星和行星集，例如银河系，并将其称为岛屿宇宙。从地球上可以看到这些小岛宇宙，它们是微小的微弱的光。

20年后的1774年，梅西耶星表出现了，它是迄今为止由法国天文学家查尔斯·梅西耶（1730-1817）制作的103个深空天体的汇编。

其中有一些岛屿宇宙的候选者，简称为星云。M31星云就是其中之一，今天被称为仙女座星系的邻近星系。

威廉·赫歇尔（William Herschel，1738-1822）将深空物体的清单扩展到2500个，并首先描述了银河系的形状。但是，科学家尚未意识到像M31这样的某些星云本身就是类似于银河系的巨大恒星团。

需要具有足够分辨率的望远镜，并且可以在1904年购买，当时加利福尼亚州威尔逊山天文台的大型望远镜是用直径100英寸的反射镜建造的。直到那时，宇宙的规模才变得显而易见，因为已经庞大的银河系只是众多星系中的一个星系。

1924年，埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889-1953年）设法测量了到这些螺旋星云之一的距离，观察到了M31天体中造父变星状的恒星，这是最显着的螺旋形星云，称为仙女座。

造父变星是周期性改变其亮度的恒星，这与周期成正比。较亮的具有更长的时间。

那时，哈罗德·沙普利（Harold Shapley，1885-1972年）估计了银河系的大小，但是它是如此之大，以至于他确信仙女座星云位于银河系内部。

但是，哈勃确定到仙女座造父变星的距离远大于银河系的大小，因此在其中找不到。像银河系一样，仙女座星系本身就是一个星系，尽管很长一段时间以来它仍被称为“星外星云”。

一般特征

星系具有形状，正如我们稍后将看到的，可以根据此标准对其进行分类。它们也包含质量，因为它们具有运动性，所以它们根本不是静态实体。

有巨大且非常明亮的星系，例如银河系和仙女座星系，还有称为“矮人”的星系，其亮度要低上千倍。要熟悉尺寸，了解天文学中使用的某些度量单位很有用。首先我们有光年。

光年是距离的单位，等于光在一年中传播的距离。光速为300,000 km / s，乘以365天的秒数，结果约为9亿五千万公里。

为了进行比较，太阳到地球的距离为8.5光分钟，约1.5亿公里，大约相当于一个AU或天文单位，可用于太阳系内的测量。距离太阳第二近的恒星是Proxima Centauri，距太阳只有4.2光年。

AU产生了另一个广泛使用的单位：一秒的视差或视差。一个点与一个视差的距离相等，这意味着它的视差等于地球与太阳之间的1弧秒，下图对此进行了说明：

图2.定义视差的方案 资料来源：维基共享资源。Kes47（？）。

尺寸，运动和化学成分

从很小到只有一千个恒星的星系到巨大的椭圆星系，我们将在后面详细讨论。

因此，我们的银河系直径约为100,000光年，是一个大星系，但不是最大的星系。NGC 6872的宽度为520,000光年，大约是银河系直径的5倍，并且是迄今为止已知的最大的旋涡星系。

星系不是静态的。一般而言，气体和尘埃的恒星和云团围绕中心具有旋转运动，但并非银河系的所有部分均以相同的速度旋转。中心恒星的旋转速度比外围恒星的旋转速度快，这就是所谓的微分旋转。

关于化学成分，宇宙中最常见的元素是氢和氦。在恒星内部，就像核聚变反应堆一样，我们知道最重的元素是通过元素周期表形成的。

星系的颜色和亮度会随时间变化。年轻的星系比老的星系更蓝，更亮。

椭圆形的星系趋向于红色，有许多较旧的恒星，而不规则的星系则是蓝色的。在螺旋形星系中，蓝色集中在中心，红色集中在郊区。

星系的组成

观察星系时，可以识别出以下结构，这些结构存在于银河系中，因为对银河系的研究最为深入，因此已将其视为模型：

迪斯科和光环

我们银河系的两个基本结构是圆盘和光晕。盘位于银河系定义的中间平面中，并包含大量星际气体，这些气体会产生新的恒星。它还包含古老的恒星和疏散星团-组成较差的星团。

应该注意的是，并非所有星系都具有相同的恒星形成率。与螺旋星系不同，椭圆星系的速率要低得多。

太阳位于银河系的银盘中，在对称平面上，就像盘中的所有恒星一样，太阳沿着近似圆形且垂直于银河旋转轴的路径绕银河系旋转。完成一个轨道大约需要2.5亿年。

由于晕圈是一个尘埃和气体少得多的区域，所以它覆盖的球状体密度较小。它包含球状星团，通过引力作用分组的恒星，并且比圆盘还古老得多，还包括单个恒星以及所谓的暗物质。

暗物质是一种性质未知的物质。它之所以得名，是因为它不发射电磁辐射，并且它的存在被认为可以解释外界恒星运动得比预期快的事实。

恒星相对于银河系中心移动的速度取决于物质的分布方式，因为恒星保持在轨道上是其引力的吸引力。更快的速度意味着还有更多看不见的物质：暗物质。

灯泡，银河核和棒

除了圆盘和光晕外，在银河系中还有凸起，中央凸起或银河核，那里的恒星密度更高，因此非常发光。

它的形状近似球形-尽管银河系的形状更像花生-并且其中心是由黑洞组成的核，这一事实在许多星系中都很常见，尤其是在螺旋形的。

正如我们所说，位于原子核附近的物体旋转的速度比远离物体的旋转速度快得多。那里的速度与到中心的距离成正比。

像我们这样的一些旋涡星系都有一个杆，该杆贯穿中心并从中伸出旋臂。禁止的螺旋星系比禁止的螺旋星系更多。

人们认为，这些棒可以将物质从两端运到球泡，通过促进原子核中恒星的形成使球泡变稠。

图3.银河系的组成部分。太阳位于其中一臂之内，并且围绕银河系的中心进行旋转运动以及垂直运动。资料来源：维基共享资源。

星系的类型

通过望远镜观察星系的第一件事就是它们的形状。例如，大型仙女座星系是螺旋形的，而其伴星NGC 147是椭圆形的。

星系分类系统基于它们的形状，今天最常用的是哈勃音叉或音序，由埃德温·哈勃（Edwin Hubble）在1926年左右创建，后来由他本人和其他天文学家修改，出现了新信息。

哈勃在设计该方案的时候就相信它代表了一种星系的演化，但是今天知道事实并非如此。在序列中使用字母来指定星系：E代表椭圆星系，S代表螺旋星系，Irr代表不规则形状的星系。

图4.哈勃音叉。资料来源：维基共享资源。

椭圆星系

左侧，在音叉的颈部，是由字母E表示的椭圆星系。组成它们的恒星或多或少均匀地分布。

字母后面的数字表示星系的椭圆度-椭圆度-从最球形的E0到最平坦的E7开始。没有观察到椭圆率大于7的星系，将此参数表示为є：

Є= 1-（β/ɑ）

用α和β分别作为椭圆的视长半轴和短半轴。但是，这些信息是相对的，因为我们只有地球的视野。例如，不可能知道边缘显示的星系是椭圆形，双凸透镜还是螺旋形。

巨大的椭圆星系是宇宙中最大的物体之一。它们是最容易观察到的，尽管更小的版本（称为矮椭圆星系）更为丰富。

图5.椭圆形星系NGC 1316，位于Fornax星座，与另一个较小的星系合并。来源：图片来源：NASA / JPL-Caltech / CTIO。

柱状和螺旋星系

柱状星系呈盘状，没有旋臂，但可以被禁止。它们的名称是S0或SB0，它们正好位于图中的分支。根据光盘上灰尘的数量（高吸收区），它们分为S01，SB01至S03和SB03。

S系是螺旋星系，而SB是条状螺旋星系，因为螺旋似乎是从条形突出穿过中心凸起。绝大多数星系都具有这种形状。

这两类星系依次以旋臂的容易程度来区分，并标有小写字母。通过将最大凸出部分的大小与光盘长度进行比较来确定这些值：L凸出部分/ L光盘。

图6.在仙后座中仙女座美丽的螺旋星系。资料来源：美国国家航空航天局（NASA）的Wikimedia Commons Image。

例如，如果该商为≈0.3，则如果星系为简单螺旋形，则将其表示为Sa；如果禁止，则将其标记为SBa。在这些螺旋中，螺旋形看起来更紧，臂中恒星的聚集更微弱。

随着序列继续向右移动，螺旋线看起来更松散。这些星系的凸出/圆盘比为：L凸出/ L圆盘≈0.05。

如果一个星系具有中间特征，则最多可以添加两个小写字母。例如，某些人将银河系归类为SBbc。

不规则星系

这些是形状与上述任何模式都不匹配的星系。

哈勃本人将它们分为两组：Irr I和Irr II，前者的组织性略高于后者，因为它们让人想起螺旋臂的形状。

可以说，Irr II星系是无定形的，内部结构无法辨认。Irr I和Irr II通常都小于椭圆形星系或雄伟的螺旋星系。一些作者更喜欢将它们称为矮星系。其中最著名的不规则星系是相邻的麦哲伦星云，被分类为IrrI。

图7.不规则星系NGC 5408，由约翰·赫歇尔（John Herschel）于1834年在半人马座星座中发现。最初，它被认为是行星状星云。资料来源：维基共享资源。

哈勃序列发表后，法国天文学家Gerard de Vaucouleurs（1918-1995）建议取消Irr I和Irr II的命名法，并将具有一些旋臂的Irr I称为Sd-SBd星系， Sm-SBm或Im（“ m”代表麦哲伦星系）。

最后，形状真正不规则且没有螺旋状星系的星系简称为Go，因此，现代分类法如下：

星系是如何形成的？

星系的形成是当今积极讨论的主题。宇宙学家认为，早期的宇宙非常黑暗，充满了气体和暗物质云。这是因为理论认为，第一批恒星是在大爆炸之后的几亿年内形成的。

一旦建立了恒星的生产机制，它的速度就会起伏不定。而且由于恒星是组成星系的元素，因此有不同的机制导致星系的形成。

引力是使宇宙物体形成运动的原始力。在某个时刻少量的物质积累会吸引更多的物质，并开始积累。

人们认为银河系是这样开始的：物质的少量积累最终导致了光环的球状星团，其中包括银河系中最古老的恒星。

旋转是恒星形成初期的质量积累所固有的。并随着旋转产生角动量，其动量守恒导致球形质量的塌陷，将其转变为平盘。

通过与其他较小的星系合并，星系的大小会增加。如今，银河系及其较小的邻居麦哲伦星云被认为是这种情况。

在很遥远的将来，另一个合并是与仙女座的碰撞，与大多数星系不同，仙女座正接近我们。仙女座目前距离我们有220万光年。

宇宙中有多少个星系？

尽管大多数空间是空的，但据估计，仍有数百万个星系，其中可能有100万亿个。其他人估计有2万亿个星系。大部分宇宙尚未开发，对此问题没有确切答案。

在短短12天之内，哈勃太空望远镜发现了10,000个形态各异的星系。宇宙中银河系的实际总数未知。用望远镜观察时，必须强调，您不仅要在距离上而且要在时间上走得更远。

我们看到的阳光花了8.5分钟到达了我们。我们用双筒望远镜观察到的仙女座的观点是220万年前。这就是为什么我们从地球上看到的东西处于可观测的宇宙范围之内的原因。目前，还没有办法看到超出范围的内容。

估计可观测宇宙中有多少个星系的一种方法是通过拍摄来自哈勃望远镜或XDF的极深野外镜头，它们代表天球的一小块区域。

在一次这样的射击中，发现了132个光年以外的5500个星系。通过将该值乘以整个天球的XDF量，他们估计了提到的1,000亿个星系。

一切都表明，在早期，星系比现在更多，但是比我们今天看到的优雅的旋涡星系更小，更蓝，形状更不规则。

星系的例子

尽管银河系规模巨大，但它们并不是孤立的，而是分为等级结构。

银河系属于所谓的本地群，其中所有成员-大约54个-的距离都不大于1兆帕。然后，星系的密度减小，直到出现另一个类似于“本地组”的星团。

在发现的众多星系中，值得强调一些令人惊讶的特殊例子：

巨大的椭圆星系

迄今为止发现的最大的星系位于星系团的中心。它们是巨大的椭圆形星系，它们的引力吸引了其他星系，并吞没了它们。在这些星系中，恒星形成的速率非常低，因此为了保持增长，它们会捕获其他星系。

活跃星系

与银河系等更普通，更安静的星系不同，活跃星系发出的能量频率很高，远高于任何星系中常见的恒星核心发出的频率。

这些高能量频率的能量相当于数十亿个太阳，来自1963年发现的类星体等物体的原子核。令人惊讶的是，类星体是宇宙中最明亮的物体之一，能够将这种速率维持数百万年。

塞弗特星系是活跃星系的另一个例子。到目前为止，已经发现了数百个。它的核心发出高度电离的辐射，随时间变化。

图8. Seyfert M 106星系，资料来源：维基共享资源。X射线：NASA / CXC /大学。马里兰/ AS Wilson等。光学：Pal.Obs。DSS；IR：NASA / JPL-Caltech；VLA：NRAO / AUI / NSF

据信在中心附近，大量的气态物质涌向中心黑洞。质量损失释放了X射线光谱中的辐射能。

射电星系是发射大量无线电频率的椭圆形星系，是普通星系的一万倍。在这些星系中，存在着由物质细丝连接到银河原子核的源-无线电波瓣，它们在强磁场的作用下发射电子。

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