有的像盘子 有的却是椭圆 星系的形状为何不同?
遙望夜空,你可以看到來(lái)自其他無(wú)數(shù)星系的恒星。有些星系和我們的銀河系一樣,是旋轉(zhuǎn)的藍(lán)色盤狀星系;其他則是紅色的球狀星系或畸形、團(tuán)狀或介于兩者之間的星系。
為什么會(huì)如此不同呢?事實(shí)證明,星系的形狀可以向我們透露該星系漫長(zhǎng)一生中發(fā)生的故事。
沃爾夫星盤藝術(shù)渲染圖,沃爾夫星盤是早期宇宙中的一個(gè)巨大盤狀星系。
基本上,星系的形狀可以分成兩類:盤狀和橢圓狀。加州理工學(xué)院的理論天體物理學(xué)家卡梅倫 · 赫默斯說(shuō),盤狀星系,也叫旋渦星系,形狀有點(diǎn)像煎蛋。這些星系的中心更接近球體,像蛋黃被氣體和恒星(蛋清)包圍一樣。銀河系與距離我們最近的仙女座星系,都屬于盤狀星系。
引力將這些氣體粒子吸引到一起。當(dāng)氫原子越來(lái)越接近時(shí),云團(tuán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn),總質(zhì)量開(kāi)始增加,當(dāng)然它們的引力也隨之變大。最終,引力使氣體塌陷成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓盤。大多數(shù)氣體位于圓盤邊緣,這里也是恒星形成的地方。根據(jù) NASA 的說(shuō)法,一個(gè)多世紀(jì)前剛剛證明系外星系存在的埃德溫 · 哈勃,將盤狀星系稱為晚型星系,因?yàn)樗聹y(cè)盤狀星系的形狀,意味著它們形成于宇宙歷史的后期。
在澳洲墨爾本斯威本大學(xué)研究星系演化的觀察天體物理學(xué)家羅伯特 · 巴塞特說(shuō),橢圓星系里的恒星,不是像盤狀星系里的那樣旋轉(zhuǎn),而是更隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)。橢圓星系也被認(rèn)為是星系合并的產(chǎn)物。巴塞特說(shuō),當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量相當(dāng)?shù)男窍岛喜r(shí),它們各自的恒星開(kāi)始在引力作用下互相拉拽,擾亂恒星的轉(zhuǎn)動(dòng),并形成更隨機(jī)的軌道。
當(dāng)然,也不是每一次合并的結(jié)果都是橢圓星系。銀河系其實(shí)也十分古老和龐大,但仍保持著圓盤形狀。銀河系通過(guò)吸收比其小得多的矮星系并從宇宙中收集自由氣體,來(lái)增加自身重量。巴塞特說(shuō),不過(guò),和銀河系同為盤狀星系的仙女座星系正直奔著我們的銀河系而來(lái)。所以,或許幾十億年之后,這兩個(gè)旋渦星系可能會(huì)合并,然后每個(gè)星系的星盤將抵消對(duì)方的旋轉(zhuǎn),創(chuàng)造出一個(gè)更加隨機(jī)的橢圓星系。
這些合并不會(huì)在一瞬間完成。兩個(gè)星系的合并可能需要數(shù)億甚至數(shù)十億年的時(shí)間。事實(shí)上,一些正在進(jìn)行中的星系合并速度是如此之緩慢,以至于從我們的角度看上去,它們仿佛是靜止的一般。巴塞特說(shuō):“它們基本上處于完全相同的狀態(tài),相對(duì)整個(gè)人類文明而言,幾乎沒(méi)有改變。”
觀察這些不規(guī)則星系,“你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們一般處于混亂狀態(tài),由多個(gè)部分組成,”巴塞特說(shuō),“不規(guī)則星系看起來(lái)就像是大型火車殘骸一般。”
這個(gè)星系被稱為 Mrk 820,是一個(gè)透鏡狀星系。Mrk 820 周圍有許多其他類型的星系,從橢圓星系到旋渦星系等等。
透鏡狀星系仿佛是橢圓星系和旋渦星系之間的混合體。巴塞特說(shuō),可能,當(dāng)盤狀星系耗盡自己的所有氣體,并且不能再形成任何新的恒星時(shí),現(xiàn)有恒星之間開(kāi)始相互作用。它們之間的引力拉拽,形成一個(gè)看起來(lái)像小扁豆的形狀——樣子有點(diǎn)像橢圓,但仍是旋轉(zhuǎn)的圓盤星系。
巴塞特說(shuō),到目前為止,科學(xué)家了解的有關(guān)星系以及其 3D 形狀的信息,都是使用數(shù)千個(gè) 2D 圖像以及依賴其他屬性(如星系顏色和運(yùn)動(dòng))推斷而來(lái)的。
例如,藍(lán)色的盤狀星系更加年輕一點(diǎn)。藍(lán)色的恒星一般也更大,燃燒更快、更熱(藍(lán)光頻率更高,也因此比紅光更具活力)。與此同時(shí),橢圓星系中有大量古老的恒星(也叫紅矮星),這些古老的恒星燃燒就沒(méi)那么快或者那么熾熱。
赫默斯說(shuō),盡管我們對(duì)圍繞我們的巨大天體結(jié)構(gòu)已經(jīng)有不少了解,但仍然有很多我們不知道的地方,等我們著去探索。“星系的形成和演化是天文學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域最大的開(kāi)放問(wèn)題之一,”他說(shuō)。
總結(jié)
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