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第48章 星系的分类

星云是银河系之内的天体,还是银河系之外的天体是恒星世界中我们的近邻,还是遥远的宇宙之岛判定这些星云的距离似乎成为20世纪初天文学的首要任务。当然,要确定星云的距离,首先应该确定银河系的范围和形态。经过长期努力,20世纪30年代,一个比较符合实际的现代银河系的模型已经被人们普遍接受,于是天文学家有了观测和研究星云的前提。通过不太长时间的艰苦工作,一门新的天文学分支——河外星系天文学诞生了。人们终于知道银河系实际上只是空间上有限的恒星、尘埃、星团和行星状星云、星际物质的集合体,仅仅是宇宙中的一个小岛。在银河系之外,还有更深远的空间,那里分布着与银河系类似的天体系统——星系、星系群和星系团。

 形形色色的星系

宇宙中有许许多多外貌不同的星系,但从它们的照片看,基本上可分为旋涡星系和椭圆星系两大类,还有一些形状不规则的称为不规则星系。旋涡星系是盘状的,当中有凸起的核球,有点像体育运动用的铁饼,银河系就是一个典型的旋涡星系。各旋涡星系盘与核球大小之比各异,旋涡星系的质量相差也很悬殊,有比银河系大100多倍达到十万亿(10+{13})倍太阳质量的巨旋涡星系,也有小到1千万(10+7)倍太阳质量的矮旋涡星系。旋涡星系的盘绕其中心旋转,由此而形成其具有几条旋臂的特征形状。旋涡星系又可分为正常旋涡星系和棒状旋涡星系两类,后者的中心核球呈长椭球状,旋臂从“棒”的两端拖曳出来。旋臂由许多最年轻、最亮和最热的星星“连缀”而成,气体和尘埃集中在这里,因而也是恒星不断诞生的区域。椭圆星系的外貌要比旋涡星系光滑,是星系中数量较多的一大类,一般由老的冷、的和大质量的星组成,很少有尘埃、气体和旋臂的明证,其外形为椭球状。其中有质量比我们银河系大100多倍甚至更大的超巨椭圆星系,也有质量是太阳1 000。万倍的矮椭圆星系。这些星系在许多方面类似于大球状星团,它们是自引力系统,是恒星的随机运动阻止了星系的收缩。

介绍完了旋涡星系和椭圆星系,我们再来认识一下不规则星系。一般说来,不规则星系比典型的旋涡星系和椭圆星系为轻,它们的结构不规则,并含有大量的气体和尘埃,如我们银河系的近邻大、小麦哲伦云就是两个不规则星系,但也有将大麦哲伦云划归棒旋星系的。有些不规则星系是“特殊的”或“相互作用”的星系,它们奇特的外形可能是由于近期内被邻近星系的引力作用或“碰撞”所致,如光学像呈直线状,长短轴之比约为20∶1,没有核球或核球很小的超薄星系;从光学照片上看,内部有5至10个明亮的块斑形结构,其氢等气体物质的运动速度高达每秒250至500千米的块斑星系;还有呈纺锤形,显示出星系圆面和垂直于并包围着圆面的亮环的极环星系,而亮环是由年轻星和尘埃组成的,等等。

可以看出,旋涡星系从Sa经过Sb到Sc,旋臂的形状有很大的变化:先是缠绕一圈,非常紧密,这是没有结构的旋臂,比较开放,再到有结构的旋臂,直到短而破碎,非常分散的旋臂。旋涡星系和棒旋星系的数目大致相等。棒旋星系的旋臂从通过核心,由恒星和星际介质组成的“直棒”两端,或是从围绕“直棒”的圆环开始。(注:有些文献将棒旋星系看成是旋涡星系的一种,这样星系就分成三大类)

椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系以及不规则星系不仅形状不同,在组织上也是有差别的。例如,椭圆星系的成员是属于星族Ⅱ的天体。而旋涡星系则不一样:盘和旋臂上的天体属于星族I,而核心部分和星系晕里的天体属于星族Ⅱ。

河外星系的研究与银河系的研究密切相关,相辅相成。我们位于银河系之中,看不见银河系的全貌,对河外星系的全貌反而看得清楚些。我们从河外星系的研究可得到很多启示。例如,我们观测到很多旋涡星系,才会联想到我们的银河系是不是旋涡星系的问题,随后便为观测资料所证实。反之,我们身在银河系中,对银河系的各个细节看得较清楚,可以作为研究河外星系的借鉴。

 星系团和宇宙

大多数星系都有聚集成团的倾向。从小范围说,星系常常以双重、三重甚至多重星系的结构出现。统计结果表明,大约有半数的明亮星系构成双重或多重星系,这些多重结构又进一步构成小的星系群。例如,大、小麦哲伦云是双重星系,它们与银河系构成三重星系,并进一步与御夫座星系等7个近距矮椭圆星系形成十重星系;这个系统又与以巨型旋涡星系仙女座大星云M31(NGC224)为中心的另一个多重星系构成本星系群的两个星系集中区。

仙女座大星云距离我们220万光年,直径16万光年,质量比银河系大一倍,紧挨着M31的是两个椭圆星系NGC221,也叫M32和NGC205,三者组成仙女三重星系。在它们邻近,也在220万光年距离上,还有两个小群星系。再往外一点,在240万光年处,在三角星座方向,有一个中等个头的旋涡星系三角星系M33,其直径为25 000光年,质量仅及银河系的1/4,上述四群星系合成一大群,总称为仙女星系群。至今,我们已在银河系周围,上下左右600万光年的空间内,搜索出近50个星系,最近发现的矮椭圆星系杜鹃星系,距离我们将近300万光年。我们终于判明,原来我们银河系在宇宙中也遵循星系成团的规律,它是星系团中的一员。我们这个大家庭的专名叫做本星系群,因为星系为数还不算很多,故曰“群”而不冠以“团”。

 银河系附近的三个著名星系

在望远镜发明之前,人们已经看见三个星系,即仙女座大星云、大麦哲伦星云和小麦哲伦星云。

仙女座大星云位于仙女座,是用肉眼可以看见的星系之一,外表是一个模糊的光斑。用望远镜不难发现它是一个旋涡状的星云。既然肉眼可见,因此自古以来对仙女座大星云的猜测很多,特别是有关它在银河系外还是在银河系内的问题。在哈勃测出其距离以前还有人坚持仙女座大星云在银河系内。

在离银河系最近的二十来个星系中,仙女座大星云是最大的和被研究得最多的。它的大小和银河系差不多,在结构上同银河系相似,也属旋涡星系。它与我们的距离为200万光年。也就是说,我们今天看到的仙女座大星云是200万年之前的情况,而今天的情况,我们是无法知道了。

大麦哲伦星云和小麦哲伦星云这两个星系分别位于剑鱼座和杜鹃座。

大麦哲伦星云的距离为5.2万秒差距,为不规则星系或棒旋星系,直径约为银河系的1/4,质量为10+{10}M⊙。小麦哲伦星云的距离为6.3万秒差距,为不规则星系,直径约为银河系的1/10,质量为2×10+9M⊙。

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