螺旋星系

简介

螺旋星系

更为现代的想法是银晕可能是曾经环绕银河系旋转的矮星系和球状星团被毁灭之后的碎片，那么银晕将是老的部分被回收更新成新天体的场所。在最近几年，主要的想法被集中关注在星系演化上的合并事件，在电脑技术上的快速进展允许对星系演化做更好的模拟，并且观测技术的改进也提供了许多遥远星系经历合并事件的数据与资料。在1994年发现我们的卫星星系，人马座矮椭球星系（SagDEG），正在被银河系逐渐的撕裂和吞噬之后，这种事件被认为在大星系的演化中是十分普遍的。麦哲伦云是我们的卫星星系，无疑的将来也会遭受和人马座矮椭球星系相同的命运。合并掉大的卫星星系的事件或许可以解释M31（仙女座大星系）看起来有双重核心的问题。

人马座矮椭球星系环绕我们我们银河系的轨道几乎是垂直银河盘面的，他正在穿越盘面，每次穿越时恒星都会被剥离并进入我们银河系的银晕内，最后，人马座矮椭球星系将只会剩下核心。尽管如此，他剩余得质量仍然与巨大的球状星团，像半人马座ω星团和G1一样，但看起来则相当不同，因为有大量神秘的暗物质出现，使它的表面密度较低，而一但成为球状星团，神秘的暗物质含量可能就很少了。

更多的矮星系与银河系正在进行合并的例子是大犬座矮星系，被认为和2003年发现的麒麟座环和2005年发现的室女座星流有关。

名称由来

螺旋星系的名称来自由核球向外成对数螺旋在星系盘内延展，并有恒星形成的明亮螺旋臂。虽然有时很难辨明，例如螺旋臂有丛生的絮结时，但螺旋臂相对的可以区分出有星系盘结构却没有螺旋臂的透镜星系。

螺旋星系的星系盘外通常会有庞大的球形星系晕包围着，其中主要的成员是年老的第二星族恒星，也有许多被聚集在环绕着星系核的球状星团内。

起源演化

起源

旋涡星系的螺旋臂解释图

第一个令人可以接受的理论是林家翘与徐遐生两人在1964年发明的，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示。他们假设恒星在细长的椭圆轨道上并且原来的轨道方向是互有关联的，也就是说，椭圆以很平顺的方式随着与核心距离的增加逐渐改变了他们的方向。这就是图中所说明的，很清楚的观察到椭圆轨道在某些区域紧密结合在一起的”现象”就是螺旋臂。

二择一的另一个被推荐的假说是星系的运动造成恒星陷入波浪中，因为形成时最亮的恒星也会最快死亡，便会在波的后方形成黑暗的区域，因而使得波被看见。

演进

天文学家根据美国宇航局“哈勃”太空望远镜的观测数据研究发现，太空中美丽的螺旋星系曾经都是“丑小鸭”。天文学家认为，在宇宙的早期，螺旋星系并不是如今的模样，而是呈现一些奇怪的、畸形的外观，后来才慢慢演化成螺旋形状。

螺旋星系

在研究团队于《天文学和天体物理学》杂志上发表的另一篇研究论文中，天文学家提出了“螺旋再造”的假设。这种假设认为，那些受到富含气体的合并者影响的奇怪星系会慢慢再生为一种巨型螺旋。尽管银河系也是一个螺旋星系，但是它似乎少了些戏剧性变化过程。它的形成历史相对平静，而且在一段天文时期内避开了许多剧烈的碰撞。然而，巨大的仙女座星系则没有这么幸运，它非常符合这种“螺旋再造”的假设。

星系形成

星系是如何形成的，依然是天文物理学中最活跃的一个研究领域，并且继续延伸至星系演化的领域，而有些观念与看法已经被广泛的接受。

从宇宙微波背景辐射的观测已经证实，在大霹雳之后，宇宙有一段时间是非常同质性的，其间的起伏低于十万分之一。

今天最能被接受的观点是原始扰动的成长形成今天我们所观察到的所有结构，原始扰动诱发局部地区气体的物质密度增加，形成星团和恒星。这种模型的一种结果是在早期宇宙的一些地区因为有较高一点的密度而形形成了星系，因此星系的诞生与早期宇宙的物理息息相关。

在这个领域的研究有许多都聚焦在我们自己的银河系，因为它是最容易观察的星系。这些观察必须能解释，或至少不再增加分歧的意见，星系演化的理论，包括：星系盘十分的薄、密度和自转。星系晕非常巨大、稀薄、没有自转（或是只有微量的顺向或逆向的转动），也没有可观察出的结构。存在于星系晕中的恒星和星系盘中的比较，通常都非常老和金属量非常少（此处是一个对比，但是这些资料之间没有绝对的关联性）。

一些天文学家曾经鉴定出一些介于两者之间的恒星，有人称之为"低金属密实盘"(metal weak thick disk)，也有人称为"特殊第二族星"，不一而足。如果确实有明显的区分，她们的描述将如同贫金属星（但晕星并不那么缺乏金属，也没有那么老），并且轨道非常靠近星盘，有点儿"虚胖"的，较厚的星盘形状。

球状星团是典型的老与贫金属，不是所有的都像大多数的一样是贫金属，而且/或许有些是比较年轻的恒星。在球状星团中有些恒星的年龄看起来好像和宇宙一样老！（使用完全不同的测量和分析方法）在每个球状星团之中，实际上都是在同一个时间诞生的。（只有少数几个显示有不同世代的恒星分别诞生）轨道细小（接近星系中心）的球状星团，轨道接近星盘（对星盘是低倾斜的）和低离心率（比较圆些），而距离较远的球状星团轨道来自所有的方向，也有较高的离心率。高速云，中性氢的云气，如雨般的向星系坠入，并且推测从一开始就是如此。（这是形成星盘中的云气与恒星诞生所必须的来源）

主要特征

螺旋星系

具有漩涡结构的河外星系，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。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5～50千秒差距。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。

我们的星系，银河系，长久以来都被认为是旋涡星系，以哈柏分类法归类为Sbc，但来自史匹哲太空望远镜的观测却显示应该是棒旋星系，分类为SBb。

基本分类

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。

星系结构

螺旋臂

星系碰撞结果

螺旋臂的存在曾经令科学家大惑不解，因为在星系旋转时，星系最外围(边缘)的恒星运动得比接近中心的恒星更快。事实上，螺旋臂并不是恒星运动造成的结果，但是密度波会导致恒星形成。因此，螺旋臂因为有年轻的恒星而显得明亮，不是因为恒星的运动造成螺旋臂。

核球

核球是巨大的，由恒星紧紧的包裹而成的集团，普遍的存在于绝大多数螺旋星系的中心。

螺旋星系的核球通常由第二星族的恒星组成，又小、又红也较老。这是因为这些恒星全都是与星系同时诞生的，都已经有数十亿的年龄，只有小的红色星能活的如此久。

一些核球有第一星族的恒星，蓝色、年轻的恒星，或是两者混合在一起，虽然离完全了解还有很长的距离，通常都认为这是与其他星系产生交互作用的证明，例如星系吞噬，将新的气体送到中心并且造成恒星的形成。

核球有些特性与椭圆星系相似(缩减至较低的质量和光度)。

扁球体

螺旋星系中大多数的恒星，不是紧挨着星系盘唯一的平面，就是围绕着星系的核心(核球)在常规的轨道上运行，再不就是聚在扁球体的星系扁球体绕着星系核心转。

然而，这些形成的扁球晕或星系扁球体，都朝向星系的中心集中。对这些星群的轨道仍有争议，他们的方向有顺行也有逆行，或许并合著高倾斜角的轨道，或再不规则的轨道上运行，不一而足。晕中的恒星或许是来自外面的，或是因为星系吞噬而来自其他的星系。例如，人马座矮椭球星系是银河系正在进行星系吞噬的对象，观测显示银晕中的一些恒星就来自这个星系的扁球体。

不同于星系盘，星系晕中的星际尘埃似乎是自由的，进一步的比对，晕中的恒星都是第二星族的，金属含量也远比在星系盘中的第一星族的低(比较像核球的)。星系晕中也有许多的球状星团。

晕中的星在运行中偶尔也会穿越过星系盘，一些在太阳附近的红矮星就被认为是属于星系晕的成员，例如卡普坦星和Groombridge 1830。由于他们环绕星系中心的运动是不规则的，这些恒星经常会呈现出异常的自行现象。

代表星系

涡状星系

涡状星系（Whirlpool Galaxy），又叫做M51或是NGC5194，位在天空北方的猎犬座（Canes Venaciti），长度约有六万五千光年，距离地球二千三百万光年。

涡状星系

涡状星系是由查尔斯·梅西耶于1773年10月13日发现的。其伴星系NGC 5159则由皮埃尔·梅香于1781年发现。直至1845年之前，它是第一个被发现的旋涡星系，而发现它是漩涡状的是威廉·帕森思，他透过一座建于爱尔兰比尔城堡的72吋反射望远镜而得出此观察结果。在2005年，人们观察到涡状星系内的一颗超新星SN 2005cs，其最高亮度达14等。有时候，M51是指涡状星系及其伴星系，如果要作出区分的话，则会将涡M51分为M51A（NGC 5194）及M51B（NGC 5195）。

向日葵星系

向日葵星系（也称为M63、NGC 5055）是位于猎犬座，属于M51星系群的一个螺旋星系。这个星系群还有M51。

向日葵星系是在1779年6月14日被梅香发现的，并被梅西尔收录为梅西尔天体，编号是M63。在19世纪中叶，罗素爵士确认这是一个有螺旋构造的星系，使它成为第一个结构被确认的星系。

三角座星系

三角座星系

在良好的观测环境下，三角座星系能以肉眼直接看见，这使它成为无需装备协助或支援就能看见的星系，但是很容易与邻近的NGC752混淆。

在2005年，使用VLBA(超长基线阵列)的观测发现在三角座星系相对的两处各有一个水微波激射，这是第一次能对三角座星系进行角自转和自行的估计。测得的数据为相对于银河系以190 ± 60 公里/秒向仙女座星系接近。

仙女座星系

仙女座星系(Andromeda Galaxy，国际音标为：/ˌanˈdrɒmədə/，也称为梅西尔31、M31或NGC 224，早期的文件中曾经称为仙女座星云)是一个螺旋星系，距离大约250万光年，位于仙女座的方向上，是人类肉眼可见（3.5等星）最远的深空天体。仙女座星系被相信是本星系群中最大的星系，本星系群的成员有仙女星系、银河系、三角座星系，还有大约50个小星系。但根据改进的测量技术和最研究的数据结果，科学家现相信银河系有许多的暗物质，并且可能是在这个集团中质量最大的。然而，史匹哲太空望远镜最近的观测显示仙女座星系有将近一兆(1012)颗恒星，数量远比我们的银河系为多。在2006年重新估计银河系的质量大约是仙女座星系的50%，大约是7.1×1011M☉。

仙女座星系

仙女座星系在适度黑暗的天空环境下很容易用肉眼看见，但是如此的天空仅存在于小镇、被隔绝的区域、和离人口集中区域很远的地方，只受到轻度光污染的环境下。肉眼看见的仙女座星系非常小，因为它只有中心一小块的区域有足够的亮度，但是这个星系完整的角直径有满月的七倍大。

大螺旋星系

起源及演化大螺旋星系(NGC 123)最迷人的地方在于其拥有数以万计的蓝色的恒星，散布其间。大片星际气体好似将这片   蓝色舞动成漩涡状。而那些不被我们所了解的暗物质，在这种漩涡的外延逃逸。

在宇宙中高速运行具有星系核的星系，当它追及到另一个具有星系核的星系时，如果两者的运行速度相近，就会相互吞噬，形成了一个更大的星系。倘若这两个星系的星系核相遇，就会相互绕转而形成一个质量更大的高速旋转的星系核。这个高速旋转的星系核就像一个巨大的发电机，从它的两极爆发出能量强大的粒子流向远方喷射。星系核的能量越大，喷射粒子流的流量也就越大，喷射得也就越遥远。我们把这样的星系核称作两极喷流星系核。星系核在喷射高能粒子流的时候，会消耗其自身的能量，然而，当它俘获了其它星团或者星系以后，就会增添能量。

当星系核的能量发生由大到小的变化时，就会建造出两条由远及近粗大的喷流带。如果星系核的磁轴绕着另一条轴（这条轴称作星系核的自转轴）旋转，那么，喷流带的轨迹就会弯曲，而演变成螺旋星系的两条旋臂。一般的，星系核的磁轴与自转轴之间的夹角（0~π/2）越大，所建造的星系盘面就会越扁；否则就会越厚。星系核的磁轴绕着自转轴的旋转速度越快，旋臂缠卷得就会越紧；否则，就会越松。螺旋星系的两条旋臂是恒星诞生的活跃区域。

NASA发现

先进的巡天相机拍摄的宽视角通道拍摄

美国NASA航空航天局和欧空局的哈勃太空望远镜，在宇宙的深处发现而来一个色彩非常分明的星系，呈现螺旋状。而航天局将这个遥远的星系和附近的恒星的星系命名为NGC4183。NGC4183是位于地球约55万光年的位置，这个星系比银河系要略小一点。这个星系，它属于到大熊集团，位于猎犬座的北边。

NGC4183是一个螺旋星系，其核心看上去不是特别明显，并且其形态是一个开放式的螺旋结构。但是不凑巧的是，从地球上观看这个星系的边缘，不能够非常清晰的看清楚其旋臂。不过NGC4183星系的银盘还是能够很好的观测到的。

NGC4183的磁盘组成建构主要是由气体，尘埃和恒星的星系。观测的结果表明NGC4183的银道面存在灰尘，还能看见一些结构非常复杂颜色是黑色的细丝，这些细丝阻挡了星系核心的可见度。对于这个星系的观测发现，这个星系应该存在杆系结构。人类所认知的星系一般结构都是以气体的螺旋臂作为中心轴，这样可以加强恒星的形成，但是NGC4183有些特殊，其隆起的星系的螺旋臂比一般的星系看上去更加明显。

最新发现

2016年1月9日，美国宇航局发布了一张由哈勃望远镜拍摄的螺旋星系图像。在这个星系发光的中心，是一个超级黑洞。位于6500万光年之外处女星座中的螺旋星系NGC 4845，拥有明亮的星系核球，和扁平而布满星际尘埃的星系盘。在它发光的中心，是一个巨大的超级黑洞。

对于像NGC 4845这样遥远的星系，黑洞的存在可以从它对最靠中心的恒星的影响来判断。这些恒星经受着黑洞的强大引力，更快地绕着星系中心旋转。通过调查这些位于中心的恒星的运动，天文学家可以估算出黑洞的质量。据估计，NGC 4845星系中心的这个黑洞，质量是太阳的数十万倍。

最大星系

天文学家在遥远的太空又有巨大收获，目前为止（2013年01月）最大的螺旋星系被发现，令人震惊的是它仅是刚刚形成，未来或许会变得更大。

根据外国媒体报道，天文学家把此星系命名为NGC6872，已经可确定为已知的最大螺旋星系，据测算它的横跨度超过了522,000光年，比银河系大5倍以上。

一组来自巴西、智利及美国的研究团队发现了它，经过分析他们认为NGC6872仅是刚刚形成的星系，它还将继续生长。本次研究负责人拉斐尔表示：“这是我们目前发现的最大星系，它的横跨度甚至超过了50万光年，而它也是很年轻的星系，未来它将成为宇宙中炙手可热的明星。”

早在2012年10月份，科学家就发现了一个巨大星系，研究人员将其编号为A2261-BCG吗，而它的跨度达到了1万光年，当时被认定为最大星系，但仅仅半年之后这个纪录就被打破。