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观察夜空,可瞥见成千上万个星系中的星星。有些星系像我们自己的银河系一样盘旋着蓝色的圆盘,另一些则是红色的球体或畸形,还有团块状的东西、或介于两者之间的东西。为什么星系具有不同的形状?天文学家的研究结果表明,星系的形状告诉我们有关该星系寿命的一些信息。
在最基本的层次上,有两种星系形状的分类:圆盘形和椭圆形。加州理工学院理论天体物理学家卡梅伦·赫默斯(Cameron Hummels)说,圆盘星系也称为螺旋星系,其形状类似于煎蛋,这些星系的中心像蛋黄,被一堆气体和蛋清样的恒星所包围。银河系和我们最近的星系邻居仙女座星系属于这一类。
从理论上讲,盘状星系最初是由氢云形成的,引力将气体颗粒吸引在一起。随着氢原子越来越近,云开始旋转并且其整体质量增加,这导致其引力又上升。最终,引力使云体塌缩到旋转盘中。大部分云体都在边缘,是恒星形成的来源。
天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在一个世纪前证实了星系的存在,他称其为盘状星系晚期型星系,因为他怀疑它们的形状意味着它们是在宇宙历史的后期形成的。
另外,哈勃称之为早期型星系的椭圆星系似乎年龄更大。天体物理学家罗伯特·巴塞特(Robert Bassett)说,椭圆形星系中的恒星不像盘状星系那样旋转,而是具有更多的随机运动。椭圆星系被认为是星系合并的产物。巴塞特说,当两个质量相等的星系合并时,它们的恒星开始在重力作用下互相拉动,扰乱了恒星的自转并形成了更随机的轨道。
并非每次合并都会产生椭圆星系。星系实际上经历时间很久而且很大,但仍保持其圆盘形状。通过吸收小得多的矮星系,并从宇宙中收集自由云体来增加其质量。盘状姐妹星系仙女座实际上正直奔我们的银河系。从现在起数十亿年后,两个螺旋星系可能会合并,从而产生一个更加随机的椭圆星系。
这些合并并非瞬间完成。他们需要数亿甚至数十亿年的时间。实际上,从我们的角度来看,正在进行的合并进展如此缓慢,以至于它们看起来是静止的。巴塞特说:“他们基本上处于完全相同的状态,对于整个人类文明来说都没有改变。”哈勃将这些星系归为不规则星系。赫默斯说,它们通常是由多个部分组成的混乱状态,” “不规则的星系看起来就像是火车大残骸。”如下图所示被称为Mrk 820的星系,被分类为双凸透镜星系。它的周围有许多其他类型的星系,从椭圆形到螺旋形。
最后,一个不太常见的形状,透镜状星系似乎是椭圆形星系和盘状星系之间的混合体。巴塞特说,可能是当圆盘星系耗尽了所有气体并且不能形成任何新恒星时,所存恒星开始相互作用。它们彼此的引力拖拉创造了一个看起来像小扁豆的形状,一种椭圆形但仍然是旋转的圆盘。
巴塞特说,到目前为止,科学家们已经利用成千上万的二维图像并依靠其它属性,例如星系的颜色和运动,来进一步发现关于星系及其三维的形状。
例如,碟形星系的蓝色可以证明其年龄较小。蓝星年龄通常较大,并且燃烧得更快、更热(蓝光的频率更高,因此比红光更有活力)。同时,椭圆形星系中充斥着较久的恒星(称为红矮星),它们的燃烧速度或快或慢。
赫默斯说,尽管我们已经了解了我们周围巨大的天体结构,但仍然还有很多我们不知道的地方,“星系的形成和演化是天文学和天体物理学领域最大的未解决问题之一。”
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