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星系
恒星系或称星系,是宇宙中庞大的星星的“岛屿”,它也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。到目前为止,人们已在宇宙观测到了约一千亿个星系。它们中有的离我们较近,可以清楚地观测到它们的结构;有的非常遥远,目前所知最远的星系离我们有将近一百五十亿光年。
星系星系

简介

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、气体的星际物质、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(107)颗恒星的矮星系到上兆(1012)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。 历史上,星系是依据它们的型状分类的(通常指它们视觉上的形状)。最普通的是椭圆星系,有着椭圆形状的明亮外观;螺旋星系是圆盘的形状,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它星系影响的结果。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。

   在可以看见的可观测宇宙中,星系的总数可能超过一千亿(1011)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,我们的地球和太阳系所在的星系,看起来在核心中至少也隐藏着一个这样的物体。

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。

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)。

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。
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,哈柏制定了现在被称为哈柏序列,并仍被使用的星系分类法。第一位尝 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,我们现在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。

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