美国天文学家埃德温·哈勃(1889-1953年)在20世纪30年代首次开发出一种分类系统,称为哈勃序列,它将星系分为两种主要类型:螺旋星系和椭圆星系。最终,它们被分成4种不同的形状,螺旋型、椭圆型、透镜型和不规则型,覆盖了几乎所有类型的星系。
星系最熟悉的形状是螺旋型,存在一个“核心”并且一个有着不同“手臂”向外螺旋,包括银河系和我们的邻居仙女座星系。螺旋星系可以在不同程度上紧密或松散。关于螺旋星系的一个重要事实是,年轻的恒星形成于外臂,而较老的恒星则在中心附近被发现。
椭圆星系和透镜状星系是相似的类型。它们只有很少或没有“尘埃带”(相对密集、模糊的星际尘埃带),主要由较老和成熟的恒星组成。这些类型很少有恒星形成区。在四个星系形状中是最有凝聚力和组织性的。
不规则星系没有特定的形状;它们很小,因此可能没有足够的引力来组织成规则的形状。麦哲伦云就是一个很好的例子。
天文学家一直无法解释为什么星系有不同的形状和大小。研究人员根据观测数据和1984年发表的宇宙“冷暗物质”理论,创建了一个新的超级计算机模型。这一理论认为,大约72%的宇宙是由一种称为暗能量的神秘力量组成的,而另23%则是由一种叫做暗物质的无形物质组成的。只有4%的宇宙是由正常可见的物质组成的,包括我们所看到的所有恒星和行星。它现在被称为“标准宇宙学模型”。
宇宙中物质的演化,从大爆炸后不久开始,直到最近,都是通过计算机模拟再现的。根据模拟结果,在冷暗物质存在的情况下,星系的形成是有层次的,首先形成的星系是小的矮星系,然后这些小的矮星系合并形成越来越大的恒星系统。因此,随着时间的推移,像银河系这样的大星系肯定消耗了一百个或更多的小的矮星系,但其中许多星系可能与其母星系的恒星完全混在一起,以至于无法再容易地被识别出来。
当相同大小的星系合并导致两个合并星系中螺旋模式的破坏时,会发生一次大的合并。在过去几十亿年中,这类事件相对较少。小规模合并涉及到一个质量更大的星系对矮星系的破坏,而且更为常见。根据λ冷暗物质模型,即使到了今天,小规模的合并仍然会发生。较大星系的恒星盘不会在小规模的合并过程中被破坏。
有时,一个大的螺旋星系可能通过在一边施加比另一边更强的引力而使附近或卫星星系变形。在这个过程中,卫星星系上的一些恒星被弹射出来,就像一条小溪。在这样的合并过程中,来自卫星星系的恒星可以被拉入长流中,沉积在巨大的残骸壳中,几十亿年后仍可被探测到。第一个这样的恒星流的证据是在90年代在银河系中发现的。这个被称为人马座矮椭球星系正沿着一条垂直于银河系广阔恒星平面的轨道运行,导致它穿过我们的星系。每经过一次圆盘,恒星就会被移除,形成一条稀薄的小溪。
自从人马座矮椭球星系发现以来,在我们的银河系的光环中已经发现了超过15种这样的恒星流,在我们最近的银河系邻居仙女座星系中也发现了4种这样的恒星流。
显然,暗物质的包含对结果至关重要。星系的暗物质晕的行为可能会影响它的演化,并有助于决定它是变成螺旋还是椭圆。
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我们通常认为的“不规则”之物泛指没有规律可循的东西,因为从许多照片上看星系的形状的确没有规律可循,所以我们的主观意识便会认为星系是“不规则”的。但其实星系的形状是有规律可循的,撇开“不规则”三个字,星系按照形状分类的话大致分为五类,比如棒旋星系、椭圆星系等。1926年由哈勃首先提出星系的分类,即星系的形态分类法,这也是哈勃第一个提出的,椭圆星系的形状是圆形或各种扁度的椭圆形,涉及到扁度、半长轴长度等。如果是旋涡星系,就有旋涡结构的视扁度和真扁度之分,一般来说真扁度总是大于或等于视扁度。
如果短轴与视线重合,那么无论多扁的星系看起来都是圆的,这也是星系分类的一个巧妙地方。星系会出现不规则的形状一个途径就是我们观测的角度不同,如果短轴与视线重合就会把无论多扁的星系看起来都是圆的,于是我们认为是圆形的星系由此可见,星系的不规则形状很大程度上是观测角度不同,因为星系的位置不同,我们观测上就有不同的角度。
但宇宙中却是有不规则的星系,也就是无法寻找根源的星系形状,这类星系可能是合并之后的产物,还没有融合完全,除以导致了形状比较奇怪。不规则形状其实都有规律可寻,之所以是不规则,就是因为这个星系出现了某种事件,导致了星系形状的不规则。
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