宇宙星系的形态和分类

文章作者:紫忆 | 2015-12-18
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宇宙星系简称星系,星系一词源自于希腊文中的galaxias(γαλαξ?α?),参考银河系,它是一个包含恒星、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,从只有数千万颗恒星的矮星系到上兆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,围绕和延伸在星系之间,有着稀薄的等离子,它们被认为具有宇宙纤维状结构,这是比宇宙的平均密度略为密集的区域。这些物质被称为星系际介质(IGM),并且通常是被电离的氢;也就是包含等量的电子和质子的等离子。IGM的密度被认为是宇宙平均密度的10至100倍(每立方米拥有10至100颗氢原子)。在富星系团内的密度高达平均密度的1000倍时。

宇宙星系
      宇宙星系主要分成三类:椭圆星系、螺旋星系和不规则星系。对星系类型更明确与广泛的描述会在哈柏序列的条目中叙述。因为哈柏序列是根据视觉的型态,他也许会错过某些星系的重要特征,例如恒星形成率(在星爆星系或活跃星系的核心)。 透镜星系是介于椭圆星系和旋涡星系之间的一种星系。大部分的星系都是椭圆星系,许多椭圆星系相信是经由星系的交互作用,碰撞或是合并,产生的。她们可以长成极大的体积(与螺旋星系比较)而且巨大的椭圆星系经常出现在星系群的中心区域。星爆星系是星系碰撞后的结果,可能导致巨大椭圆星系的形成。


螺旋星系
      在螺旋星系,螺旋臂的形状近似对数螺线,在理论上显示这是大量恒星一致转动造成的一种干扰模式。像恒星一样,螺旋臂也绕着中心旋转,但是旋转的角速度并不是常数,这意味着恒星会穿越过螺旋臂,螺旋臂则是高密度区或是密度波。当恒星进入螺旋臂,他们会减速,因而创造出更高的密度;这就类似波将在高速公路上的车速延缓一样。螺旋臂能被看见,是因为高密度促使恒星在此处诞生,因而螺旋臂上有许多明亮和年轻的恒星。我们自己的星系,银河系,有时就简称为银河,是一个有巨大星系盘的棒旋星系,直径大约三万秒差距或是十万光年,厚度则约为三千光年;拥有约三千亿颗恒星(3×1011)和大约六千亿颗太阳的质量。

宇宙星系
旋涡星系
      (Spiral Galaxy, S-type Galaxy)具有旋涡结构的河外星系称为旋涡星系,在哈勃的星系分类中用S代表.螺旋星系的螺旋形状,最早是在1845年观测猎犬座星系M51时发现的.螺旋星系的中心区域为透镜状,周围围绕着扁平的圆盘.从隆起的核球两端延伸出若干条螺线状旋臂,叠加在星系盘上.螺旋星系可分为正常漩涡星系和棒旋星系两种.按哈勃分类,正常漩涡星系又分为 a、b、c三种次型:Sa型中心区大,稀疏地分布着紧卷旋臂;Sb型中心区较小,旋臂较大并较开展;Sc型中心区为小亮核,旋臂大而松弛。除了旋臂上集聚高光度O、B型星、超巨星、电离氢区外,同时还有大量的尘埃和气体分布在星系盘上。从侧面看在主平面上呈现为一条窄的尘埃带,有明显的消光现象。漩涡星系通常有一个笼罩整体的、结构稀疏的晕,叫做星系晕。其中主要是星族Ⅱ天体,其典型代表是球状星团。一个中等质量的漩涡星系往往有100~300个球状星团。随机地散布在星系盘周围空间。在往外,可能还有更稀疏的气体球,称为星系晕。漩涡星系的质量为十亿到一万亿个太阳质量,对应的光度是绝对星等-15~-21等。直径范围是5~50Kpc。Sa型星系的总光谱型为K,Sb型为F~K, Sc型为A~F。产生总光谱的主要天体既有高光度早型星,又有高光度晚型星。星族Ⅰ天体组成星系盘和旋臂,星族Ⅱ天体主要构成星系核、星系晕和星系冕。


棒旋星系
      (Barred Sprial Galaxy, SB-type Galaxy)棒旋星系是中心呈长棒形状的螺旋形星系,一般的螺旋形星系的中心是有圆核的,而棒旋形星系的中心是棒形状,棒的两边有旋形的臂向外伸展。旋涡星系,分为两族,一族是中央有棒状结构的棒旋星系,用SB表示。另一种是无棒状结构的旋涡星系,用S表示。这两类星系又分别被细分为三个次型,分别用下标a、b、c表示星系核的大小和旋臂缠绕的松紧程度。


矮星系
      球状星团半人马座,尽管椭圆星系和螺旋星系是很明显与突出的,宇宙中大部分的星系都是矮星系,这些微小的星系都不到银河系百分之一的大小,只拥有数十亿颗的恒星。许多矮星系可能都会环绕着单独的大星系运转,我们的银河至少就有一打这样的矮星系。矮星系依样可以分成椭圆、螺旋和不规则。因为矮椭圆星系外观上与大的椭圆星系有一点相似,因此她们经常被称为矮球状星系来取代。


活跃星系
      有部分我们观察到的星系被分类为活跃星系,也就是说,来自星系的总能量除了恒星、尘埃和星际介质之外,还有另一个重要的来源。像这样的活跃星系核的标准模型,根据能量的分布,认为是物质掉落入位在核心区域的超重质量黑洞造成的。以X射线的形式,辐射出高能量的星系被分类为赛弗特星系、类星体、或蝎虎BL类星体。从由核心喷发出的相对喷流发射出无线电频率的活跃星系被分类为无线电星系。在统一场论的星系模型中,这些不同类的星系被解释为从不同角度观察所得到的结果。


不规则星系
      不规则星系(Irregular Galaxy, Irr-type Galaxy) 外形不规则,没有明显的核和旋臂,没有盘状对称结构或者看不出有旋转对称性的星系,用字母Irr表示。在全天最亮星系中,不规则星系只占5%。 按星系分类法,不规则星系分为Irr I型和Irr II型两类。 I型的是典型的不规则星系,除具有上述的一般特征外,有的还有隐约可见不甚规则的棒状结构。它们是矮星系,质量为太阳的一亿倍到十亿倍,也有可高达100亿倍太阳质量的。 它们的体积小,长径的幅度为2~9千秒差距。星族成分和Sc型螺旋星系相似:O-B型星、电离氢区、气体和尘埃等年轻的星族I天体占很大比例。 II型的具有无定型的外貌,分辨不出恒星和星团等组成成分,而且往往有明显的尘埃带。 一部分II型不规则星系可能是正在爆发或爆发后的星系,另一些则是受伴星系的引力扰动而扭曲了的星系。所以I型和II型不规则星系的起源可能完全不同。


独立星系和从属星系
      按照星系之间是否有隶属关系,将宇宙中的星系划分为独立星系和从属星系。在宇宙空间中独立运行,它没有环绕中心体旋转,这样的星系叫做独立星系。而环绕中心体运行的星系如太阳系绕银心运转,地月星系绕太阳运转,这样的星系叫做从属星系。


核旋转星系和核不旋转星系
      按照中心星是否旋转,划分为核旋转星系和核不旋转星系。在宇宙中独立星系它的核有的旋转有的不旋转。而从属星系它的核都是旋转的。


直线运动星系和曲线运动星系
      按照星系运行的轨迹,划分为直线运动星系和曲线运动星系。在宇宙空间中,那些独立星系在主星带领下按照主星形成时的射线方向在宇宙空间内进行直线运行。有的星系如从属星系则是绕着主星进行曲线运行。


系内星系和宇宙星系
      按照星系所在的空间位置,划分为系内星系和宇宙星系。凡是在星系内运动的星系叫做系内星系;凡是在星系外宇宙空间里独立运动的星系叫做宇宙星系。


年老星系和年轻星系
      按照星系形成的年龄,划分为年老星系和年轻星系。凡是那些在宇宙空间中或在星系内部形成时间比较长年龄大的星系叫做年老星系,年老的星系大都已演化成为比较规则的星系;在宇宙空间或在星系内部有的星系刚刚形成或形成不久,这样的星系叫做年轻的星系,年轻的星系大都呈不规则状态。


中心式星系和伴星式星系
      按照星系中星球的关系,划分为中心式星系和伴星式星系。由众小质量星球绕大质量星球运动所组成的星系叫做中心式星系,如太阳系、银河系等;由两颗星球互绕二者中心质点运动所组成的星系叫做伴星式星系,如地球和月亮所组成的地月星系。


 

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