宇宙中有多少个星系?

恒星系统,或称星系,是宇宙中巨大恒星的“孤岛”,也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一。迄今为止,人们已经观测到宇宙中大约1000亿个星系。有些离我们很近,可以清楚地观察到它们的结构;有些非常遥远,已知最远的系统距离我们近200亿光年。

根据大爆炸理论,第一代星系形成于大爆炸后约十亿年。在宇宙诞生的最初时刻,有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却,引力开始发挥作用,随后年轻的宇宙进入了一个被称为“暴涨”的短暂阶段。随着宇宙的迅速膨胀,原本能量分布中的小波动也从微观尺度上被大大放大,从而形成了一些“壕沟”,星系团就是沿着这些壕沟形成的。

哈勃太空望远镜拍摄的遥远年轻星系的照片包含了正在形成过程中的星系团(原星系)。

十八个正在形成的星系团的单独照片。每组距离地球约100亿光年。

著名的“哈勃深空”照片。它显示了宇宙形成后不到10亿年内形成的1000多个年轻星系。

哈勃深空图片。箭头可能指向迄今为止发现的最遥远的星系。

阿贝尔2218银河集团。照片反映了宇宙中的“引力透镜”现象。

两个相邻的星系NGC1410和NGC1409由于引力相互吸收。

随着短暂的膨胀,宇宙回到了今天看到的通常的膨胀速度。在宇宙诞生后的第一秒,随着宇宙的不断膨胀和冷却,大量的质子、中子和电子从“致密”区域的背景能量中凝聚出来。一百秒后,质子和中子开始结合成氦核。不到两分钟,组成自然界的所有原子成分都产生了。大约又过了30万年,宇宙已经冷却到氢核和氦核足以俘获电子形成原子的程度。这些原子在重力的作用下慢慢聚集成巨大的纤维状云。很快,星系在其中形成。大爆炸十亿年后,氢云和氦云在引力的作用下开始聚集在一起。随着云的增长,初级星系或原星系开始形成。当时宇宙很小,原星系靠得很近,所以相互作用很强。因此,一些较小的云凝结成较薄和较大的云,而其余的则被邻近的云吞噬。

同时,由于氢和氦的不断下落,原星系逐渐变大。原星系的质量越大,吸引的气体就越多。每个云团的运动以及它们之间的相互作用最终使得原星系开始缓慢旋转。这些云在引力的作用下进一步坍缩,一些自转较快的云形成圆盘;其余的大致呈椭圆形。这些原始星系在获得足够的物质后,开始在其中形成恒星。这个时候宇宙的样子和今天差不多。星系成群地聚集在一起,就像我们地球海洋中的岛屿,镶嵌在浩瀚的太空气体云中。这种星系团和星系间气体伸展成纤维结构,长度可达数亿光年。如此大规模的星系团在浩瀚的太空中呈球形。

宇宙中没有两个星系的形状是完全一样的,每个星系都有自己独特的外观。然而,由于星系都是在有限的条件范围内形成的,它们具有一些共同的特征,这使得人们能够对它们进行粗略的分类。在星系的各种分类体系中,天文学家哈勃在1925年提出的分类体系是应用最广泛的一种。哈勃根据星系的形状将其分为三类:椭圆星系、螺旋星系和不规则星系。椭圆星系可分为7种类型,根据星系椭圆由小到大的扁率用E0-E7表示,最大值7是任意的。这种分类仅限于从地球上看到的星系形状,因为椭圆星系在太空中的角度很难确定。螺旋星系分为两组。一组是棒状螺旋星系,中心有棒状结构,用SB表示。另一种是没有棒状结构的螺旋星系,用s表示,这两类星系又细分为三个亚型,下标A、B、C分别表示星系核的大小和旋臂的紧密程度。不规则星系没有一定的形状,含有较多的尘埃和气体,用Irr表示。另一种透镜星系,用S0表示,代表椭圆星系和螺旋星系之间的过渡星系。

NGC4552属于E0椭圆星系。该星系位于室女座。

NGC4486也位于室女座,属于E1椭圆星系。

NGC4479属于E4椭圆星系,位于室女座。

NGC205椭圆星系,属于E6型,位于仙女座。

NGC3115,位于六分仪,属于E7椭圆星系,有人将其归为S0型。

NGC3623位于狮子座,属于Sa螺旋星系。

Sb型NGC3627螺旋星系位于狮子座。

犬星座中的螺旋星系NGC5194属于Sc型。左边是一个矮星系。

NGC3351,位于狮子座,属于SBb型棒状螺旋星系。

SBc型棒状螺旋星系NGC3992位于狮子座。

银河系的卫星系统是大麦哲伦云,它是一个不规则的星系。

NGC3034是一个位于大熊座的不规则星系。

宇宙中大部分大星系是螺旋星系,其次是椭圆星系,不规则星系占最小。螺旋星系旋转速度更快,其盘面包含大量尘埃和气体,聚集成一个可以形成恒星的区域。这些区域已经发展出包含许多蓝色恒星的旋臂,因此圆盘的颜色看起来是蓝色的。然而,许多古老的恒星密集分布在它的杆状结构和中央核球中。与螺旋星系相比,椭圆星系旋转速度非常慢,结构均匀对称,没有旋臂,尘埃和气体也很少。造成这种情况的原因是,早在数十亿年前恒星快速形成时,椭圆星系中的所有尘埃和气体都被消耗殆尽。因此,新的恒星无法在这些星系中诞生,因此所有的椭圆星系都包含旧恒星。

宇宙中大约有十亿个星系,中心有一个超大质量黑洞,这样的星系被称为“活动星系”。类星体也属于这类星系。

此外,还有一种矮星系。这样的星系不像大星系那样明亮,但是数量非常多。银河系附近有很多矮星系,比其他所有类型的星系加起来还多。在附近的星系团中也发现了大量的矮星系。其中一些形状规则,大部分包含第二组的恒星。不规则矮星系通常包含明亮的蓝色恒星。

星系的形状一般在诞生时就确定了,此后一直保持相对稳定,除非发生星系间的碰撞或邻近星系的引力干扰。

在没有光线干扰的晴朗夜晚,如果天空足够暗,你可以看到天空中弥漫的光带。这条光带是我们从内部观察银河系时看到的。它是一个布满星星的圆形表面——一个银色的圆盘。银河系中大约有2000亿颗恒星,但它们太远了,肉眼无法识别。因为星光混合了星际尘埃气体,所以看起来像是一条笼罩在烟雾中的光带。银河系的中心位于人马座附近。

银河系是一个中等大小的恒星系统,其银盘直径约12万光年。它的银盘中含有大量星际尘埃和气体云,聚集成一个红色的恒星形成区,从而不断用炽热的年轻蓝星补充星系的旋臂,形成许多疏散星团或星系团。已知有超过1200个这样的疏散星团。银盘周围是一个巨大的银晕,上面点缀着恒星和主要由老恒星组成的球状星团。

天鹅-人马座的银河。

明亮的银河中心(银核)部分。

辉煌的银河中心(银核)第二部分。

织女星,牛郎星-人马座的银河系。

天鹰-人马座的银河。

长盾——人马座方向的星系。

从我们的角度来看,很难确切知道银河系的形状。但随着现代科技的发展,探测手段的进步在一定程度上克服了这些障碍,揭示了银河系一些意想不到的特征。长期以来,人们认为银河系是一个典型的螺旋星系,类似于仙女座。然而,最近的观测发现,它的中央核球略呈杆状。这意味着银河系很可能是一个棒旋星系。此外,银河系是一个相对活跃的星系,银核有很强的宇宙射线辐射,恒星围绕一个看不见的中心高速旋转。这说明银河系核心存在一个超大质量黑洞。

银河系有两个较小的邻居——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云,它们都属于不规则星系。由于引力的作用,银河系不断地从这两个小星系中吸收尘埃和气体,使得这两个邻居中的物质越来越少。据预测,100亿年后,银河系将会吞噬掉这两个星系中的所有物质,这两个近邻将不复存在。