18新利最新登入星系是如何运作的

由:克雷格·弗洛伊德里奇博士|
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钱德拉x射线天文台在NGC 5746星系周围探测到一个热蓝色气体晕。查看更多太空尘埃的图片。
照片礼貌美国国家航空航天局/钱德拉x射线天文台

当你仰望夜空时,尤其是在夏天,你会看到一条微弱的光带星星散布在整个天空中间。这条星带是我们的星系,银河系.的太阳它只是银河系中大约2000亿颗恒星中的一颗,而银河系只是宇宙中数十亿个星系中的一个。星系是一个由恒星、气体(主要是氢)、尘埃和气体组成的大系统暗物质它们围绕着一个共同的中心运行,并被引力束缚在一起——它们被称为“岛屿宇宙”。星系有许多大小和形状。我们知道它们非常古老,形成于宇宙演化的早期。然而,它18新利最新登入们是如何形成并进化成各种形状的仍然是一个谜。

当天文学家用强大的力量观察宇宙的最深处望远镜,他们看到了无数的星系。这些星系彼此相距很远,随着我们的宇宙膨胀,它们不断远离彼此。此外,星系被组织成大型星团和其他结构,这可能对宇宙的整体结构、形成和命运有重要影响。

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有些星系叫做活跃星系,以辐射的形式释放出巨大的能量。它们可能有奇异的结构,比如超大质量结构黑洞在他们的中心。活动星系是天文学研究的一个重要领域。

在这篇文章中,我们将了解星系是如何被发现的,存在哪些类型,它们是18新利最新登入由什么组成的,它们的内部结构,它们是如何形成和演化的,它们是如何分布在宇宙中的,以及活跃的星系是如何释放出如此多的能量的。

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星系类型和组成

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星系的大小和形状各不相同。他们可能只有1000万星星或者多达10万亿(银河系大约有2000亿颗恒星)。1936年,埃德温·哈勃对星系的形状进行了分类哈勃序列

  1. 椭圆:它们的形状呈微弱的圆形,但没有气体和尘埃,也没有可见的明亮恒星或螺旋图案。他们也没有银河磁盘,我们将在下面学习。它们的分类从E0(圆形)到E7(大多数椭圆形)不等。椭圆星系可能占宇宙星系的60%。它们的大小变18新利最新登入化很大——大多数很小(大约是银河系直径的1%),但有些大约是银河系直径的5倍。
  2. 循环:银河系是较大的螺旋星系之一。它们明亮且明显呈圆盘状,旋臂中有高温气体、尘埃和明亮的恒星。因为螺旋星系是明亮的,它们构成了大部分可见星系,但它们被认为只占宇宙中星系的20%左右。螺旋星系被细分为以下几类:S0:几乎没有气体和尘埃,没有明亮的旋臂,也没有明亮的恒星正常的循环:明显的圆盘形状,中心明亮,旋臂清晰。Sa星系有巨大的核凸起和紧密缠绕的旋臂,而Sc星系有小的凸起和松散的旋臂禁止循环:明显的圆盘状,中心细长明亮,旋臂清晰。小企业管理局星系有巨大的核凸起和紧密缠绕的旋臂,而南方浸信会星系有小的凸起和松散的旋臂(最近的证据表明银河系是一个SBc星系)。
  3. 不规则的:这些小而暗的星系有大量的气体云和尘埃,但没有旋臂或明亮的中心。不规则星系包含新旧恒星的混合物,往往很小,大约是银河系直径的1%到25%。

星系由哪些部分组成?

螺旋星系的结构最为复杂。这是银河系从外面看的样子。

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  1. 银河磁盘:银河系中超过2000亿颗恒星中的大多数都位于这里。磁盘本身被分成以下几部分:核:圆盘的中心膨胀:核周围的区域,包括圆盘平面上方和下方的直接区域旋臂:它们从中心向外延伸。我们的太阳系位于银河系的一个旋臂上。
  2. 球状星团:几百个这样的粒子分散在圆盘的上方和下方。这里的恒星比星系盘中的恒星年龄大得多。
  3. 晕:星系:围绕着整个星系的大而暗淡的区域它是由热气和暗物质组成的。

所有这些组成部分都围绕原子核运行,并由重力.因为引力取决于质量,你可能会认为星系的大部分质量都在星系盘上或在盘的中心附近。18新利最新登入然而,通过研究银河系和其他星系的旋转曲线,天文学家得出结论,大部分质量位于星系的外部部分(如晕),那里几乎没有从恒星或气体中释放出来的。

在下一页,我们将走过星系的历史。

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星系的历史

让我们来看看天文学中星系的历史。

  1. 希腊人在描述银河系时创造了“星系kuklos”一词来表示“银河圈”。银河系是一条微弱的但他们不知道它是由什么组成的。
  2. 当伽利略用第一个望远镜观测银河系时望远镜,他确定它是由许多星星
  3. 几个世纪以来,我们都知道太阳系位于银河系内,因为银河系环绕着我们。我们一年四季都能在天空的各个角落看到它,但在夏天,当我们看到星系中心的时候,它会更亮。18新利最新登入然而,对于18世纪及更早的天文学家来说,他们并不清楚银河系是一个星系,而不仅仅是恒星的分布。
  4. 18世纪晚期,天文学家威廉·赫歇尔和卡罗琳·赫歇尔从多个方向绘制了到恒星的距离。他们确定银河系是由恒星组成的圆盘状云太阳靠近中心。
  5. 1781年,查尔斯·梅西耶将各种星云(微弱的光斑)遍布天空,并将其中几个归类为螺旋星云。
  6. 在20世纪早期,天文学家Harlow shape测量了球状星团的分布和位置。他确定银河系的中心在28000光年之外地球它位于人马座和天蝎座附近,中心是一个凸起,而不是一个平坦的区域。
  7. 谢普利后来认为,梅西耶发现的螺旋状星云是“岛屿宇宙”或星系(保留了希腊的措辞)。18新利最新登入然而,另一位名叫希伯·柯蒂斯的天文学家认为,螺旋星云只是银河系的一部分。这场争论持续了数年,因为天文学家需要更大、更强大的望远镜来解决细节问题。
  8. 1924年,埃德温哈勃望远镜解决了争论。他使用了加州威尔逊山的大型望远镜(直径100英寸,比谢普利和柯蒂斯可用的望远镜大),并确定了螺旋星云的结构和恒星名为造父变星,就像银河系里的那些。(这些恒星有规律地改变它们的亮度,光度与它们亮度周期的周期直接相关。)哈勃利用造父变星的光曲线来测量它们与地球的距离,发现它们比银河系的已知极限要远得多。因此,这些螺旋星云确实是我们星系之外的其他星系。

关于星系的形成仍有许多未解之谜,但在下一页,我们将解释一些关于它的最佳理论。

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星系形成

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我们真的不知道各种星系是如何形成的,并呈现18新利最新登入出我们今天看到的各种形状。但我们确实对它们的起源和进化有一些想法。

  • 大约140亿年前的大爆炸之后不久,坍缩的气体云和尘埃云可能导致了星系的形成。
  • 星系之间的相互作用,特别是星系之间的碰撞,在它们的演化中起着重要的作用。

让我们看看星系形成的时期。

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埃德温哈勃望远镜的观察,以及后续的研究哈勃定律(我们稍后会解释),导致了宇宙正在膨胀的想法。我们可以根据宇宙膨胀的速度来估计宇宙的年龄。由于一些星系距离我们数十亿光年,我们可以看出它们是在大爆炸后不久形成的(当你深入太空时,你会看到更久远的时间)。大多数星系形成较早,但来自美国国家航空航天局银河探索者(GALEX)望远镜表明一些新的星系是在相对较近的时间里形成的——在过去的几十亿年里。

大多数关于早期宇宙的理论都有两个假设:

  1. 里面充满了氢和氦。
  2. 有些地区的人口密度略高于其他地区。

根据这些假设,天文学家认为,密度较大的区域稍微减缓了膨胀,使气体积聚在较小的区域protogalactic云.在这些云中,重力导致气体和尘埃坍塌并形成星星.这些恒星很快燃烧殆尽,变成了球状星团,但重力继续使云坍缩。当云层坍缩时,它们形成了旋转的圆盘。旋转的圆盘在重力作用下吸引了更多的气体和尘埃,形成了星系盘。在星系盘中,新的恒星形成了。留在原始云团外围的是球状星团和由气体、尘埃和暗物质组成的晕。

这个过程中的两个因素可能解释了椭圆星系和螺旋星系之间的差异:

  • 角动量(自旋度)有更多角动量的原星系云可以从螺旋盘旋转得更快。缓慢旋转的云可以形成椭圆星系。
  • 冷却:高密度的原星系云冷却得更快,在形成恒星的过程中耗尽了所有的气体和尘埃,没有留下任何气体和尘埃来形成星系盘(这就是椭圆星系没有圆盘的原因)。低密度的原星系云冷却得更慢,留下气体和尘埃形成圆盘(就像螺旋星系一样)。
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星系不会单独行动。星系之间的距离看起来确实很大,但星系的直径也很大。与恒星相比,星系之间相对较近。它们可以相互作用,更重要的是碰撞。当星系碰撞时,它们实际上会穿过彼此——由于星际间的巨大距离,内部的恒星不会相互碰撞。但碰撞确实会扭曲星系的形状。计算机模型显示,旋涡星系之间的碰撞18新利最新登入往往会产生椭圆星系(所以,旋涡星系可能没有参与过任何碰撞)。科学家们估计,有多达一半的星系都经历过某种形式的碰撞。

碰撞星系之间的引力相互作用可能会导致以下几种情况:

  • 恒星形成的新浪潮
  • 超新星
  • 恒星坍缩形成黑洞或者活跃星系中的超大质量黑洞

那么,星系只是漂浮在太空中,还是有某种看不见的力量在调节它们的运动?当他们相遇时会发生什么?请在下一页找到答案。

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星系的分布

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星系并不是随机分布在宇宙中——它们往往存在于宇宙中星系团.这些星系团中的星系在引力作用下结合在一起并相互影响。

  • 丰富的集群包含1000个或更多星系。例如,室女座超星系团包括2500多个星系,距离我们约5500万光年地球
  • 可怜的集群包含不到1000个星系。银河系和仙女座星系(M31)是银河系的主要成员本地组它包含50个星系。

当天文学家玛格丽特·盖勒(Margaret Geller)和埃米利奥·e·法尔科(Emilio E. Falco)绘制出宇宙中星系和星系团的位置时,很明显,星系团和超星系团不是随机分布的。它们实际上聚集在一起(长细丝)点缀空洞这使得宇宙具有蜘蛛网般的结构。

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星系际介质——星系和星系团之间的空间——并不是完全空的。我们不知道星系间介质的确切性质,但它可能含有相对较小的气体密度。大多数星系间介质是冷的(约2开尔文),但最近x射线观测表明,它的某些区域温度很高(数百万开尔文),富含金属。今天天文学研究的一个活跃领域是确定星系间介质的性质——它可能帮助我们确切地弄清楚宇宙是如何开始的,以及星系是如何形成和演化的。18新利最新登入

让我们来看看关于星系及其分布的最后一个性质。为了测量星系距离,埃德温·哈勃研究了恒星的光谱星系发出的光。他指出,在所有情况下,光谱都是Doppler-shifted到光谱的红色端。这表明物体正在远离我们。哈勃注意到,无论他往哪里看,星系都在远离我们。星系越远,它移动的速度就越快。1929年,哈勃发表了一张关于这种关系的图表,这张图表被称为哈勃定律

数学上,哈勃定律指出衰退速度(V)与。成正比银河的距离(d).方程为V = Hd,其中H为哈勃常数,或比例常数。目前对H的估计是每百万秒差距70公里每秒。哈勃定律是证明宇宙正在膨胀的一个重要证据——他的工作构成了宇宙起源的大爆炸理论的基础。

一些星系会喷出气体,发出强光,中心还有超大质量的黑洞。接下来我们将学习活动星系。

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活跃星系

当你观察一个正常的星系时,大多数来自于星星在可见光波段,均匀分布在整个星系。18新利最新登入然而,如果你观察一些星系,你会看到强烈的光来自它们的核心。如果你看这些相同的星系x射线比如紫外线、红外线和无线电波长,它们似乎在释放巨大的能量,显然是来自原子核。这些都是活跃星系,在所有星系中只占很小的比例。活动星系有四种分类,但我们观察到的类型可能更多地取决于我们的观测角度,而不是结构差异。

  • 赛非星系
  • 射电星系
  • 类星体
  • 耀类星体

为了解释活跃的星系,科学家们必须能够解释它们如何从星系核的如此小的区域发射出如此大的能量。18新利最新登入最被接受的假设是,在每个星系的中心都有一个巨大的或超大质量的星系黑洞.黑洞周围有一个吸积盘快速旋转的气体被一种环面(由气体和尘埃组成的甜甜圈状圆盘)。当物质从吸积盘掉落到黑洞周围的区域时(黑洞周围的物质)视界),它被加热到数百万开尔文,并在喷流中向外加速。

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赛非星系

卡尔·塞弗特在1943年发现了这些星系(占所有螺旋星系的2%),它们具有广泛的光谱,表明核心是热的、低密度的电离气体。这些星系的核心每隔几周就会改变亮度,所以我们知道中心的物体一定相对较小(大约太阳系的大小)。通过多普勒频移,天文学家已经注意到塞弗特星系中心的速度大约是正常星系的30倍。

射电星系

射电星系是椭圆形的(0.01%的星系是射电星系)。它们的原子核在星系上方和下方发射高速气体喷流(接近光速)——喷流与磁场相互作用并发射无线电信号。

类星体(顾名思义——对象)

类星体是在20世纪60年代早期发现的。目前已经发现了大约1.3万个,但可能还有多达10万个[来源:宇宙回顾].它们距离银河系数十亿光年,是宇宙中能量最大的天体。类星体的极端亮度可以在一整天的时间内波动,这表明能量来自一个非常小的区域。人们已经发现了数千个类星体,它们被认为来自遥远星系的核心。

耀类星体

耀变体是一种活跃的星系——大约有1000个已被编目[来源:宇宙回顾].从我们的角度来看,我们正在“正面”观察从星系发出的喷流。像类星体一样,它们的亮度波动很快——有时在不到一天的时间内。

看看下一页的链接,了解更多关于星系的信息。18luck手机登录

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最初发表于2008年2月7日

星系常见问题解答

18新利最新登入有多少个星系?
宇宙中可能有多达2万亿个星系。
什么是星系?
星系是一个由恒星、气体(主要是氢)、尘埃和暗物质组成的大系统,它们围绕一个共同的中心运行,并被引力束缚在一起。它们被描述为“岛屿宇宙”。
我们生活在哪个星系?
银河!
18新利最新登入一个星系有多少颗恒星?
星系的大小和形状各不相同。它们的恒星少则1000万颗,多则10万亿颗(银河系大约有2000亿颗恒星)。
这三种类型的星系是什么?
1936年,埃德温·哈勃在哈勃序列中对星系形状进行了分类。这三种类型的星系是椭圆星系、螺旋星系和不规则星系。

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18新利最新登入HowStuffWorks的文章

更多优质链接

  • 银河系的地图。http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
  • 宇宙回顾——结构、演化、观测和理论。http://universe-review.ca/F05-galaxy.htm
  • 宇宙教师指南。http://www.astro.princeton.edu/ ~克拉克/ teachersguide.html。
  • 贝内特,J等人。《宇宙透视》(第三版)皮尔森,2004年。
  • 钱德拉x射线天文台- x射线天文野外指南,星爆星系。http://chandra.harvard.edu/xray_sources/starburst.html
  • 星系分类与演化实验室。http://cosmos.phy.tufts.edu/~zirbel/laboratories/Galaxies.pdf
  • 亨利,J.帕特里克等。“星系团的演化。”科学美国人,1998年12月。http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
  • NASA想象宇宙,“星系的隐藏生命”一书。http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
  • 想象宇宙,活动星系和类星体。http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/active_galaxies.html
  • NASA想象宇宙,《星系的隐藏生命》海报。http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/poster.jpg
  • NASA/JPL星系演化探测器(GALEX)。http://www.galex.caltech.edu/
  • 美国航天局/喷气推进实验室星系演化探测器。星系和紫外线。http://www.galex.caltech.edu/SCIENCE/science.html
  • 科学@NASA。什么是星系?18新利最新登入它们是如何形成和进化的?http://science.hq.nasa.gov/universe/science/galaxies.html
  • SEDS.org,星系。http://www.seds.org/messier/galaxy.html
  • 种子,马。《恒星与星系》(第二版)布鲁克斯/科尔,2001。
  • 史蒂芬斯。“星系分类讲义”http://www-tc.pbs.org/seeinginthedark/pdfs/galaxy_sorting_handout.pdf
  • 华盛顿大学天文系。讲座“星系:分类、形成和演化”http://www.astro.washington.edu/larson/Astro101/LecturesBennett/Galaxies/galaxies.html
  • 宇宙之窗,星系。http://www.windows.ucar.edu/cgi-bin/tour.cgi-link=/the_universe/Galaxy.html&sw=false&sn=1&d=/the_universe&edu=high&br=graphic&back=/pluto/pluto.html&cd=false&fr=f&tour=
  • WMAP宇宙学101:宇宙由什么组成?http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101matter.html
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