为什么星系有不同的形状

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这张照片是由美国宇航局的哈勃太空望远镜拍摄的,显示了在距离地球约4400万光年的古老椭圆星系NGC 4150中18新利最新登入诞生的新恒星。NASA和哈勃遗产团队

在世界各地无数的科学教室的墙上,挂着我们的家园星系的插图银河系.你可能听说过。但你可能不知道,按比例来说,这些海报比星系本身的一个关键组成部分还要厚。

这是正确的。就像煎蛋一样,银河系由一个中央凸起组成,周围是一个扁平的薄圆盘。当我们说“瘦”的时候,我们指的是令人难以置信的瘦。物理学家和福布斯记者吉莉安·斯卡德尔说指出的那样在美国,银河系的“圆盘”大约有10万光年长,但只有0.6光年高。这意味着,按比例计算,它比一张普通打印纸薄30倍。

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天文学家们已经估计过了2000亿个星系在可观测宇宙中。但当我们在科幻电影中看到其他星系时,它们往往具有与我们相同的基本形状。这就是我们以人为本的偏见的一个例子。尽管其中许多星系确实与银河系相似,但其他星系的形状和形式却大相径庭。

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18新利最新登入星系是如何形成形状的

在我们继续讨论之前,让我们先退一步,谈谈所有星系的共同之处。星系是由重力.它们由气体、恒星尘埃和数百万颗——有时甚至是数十亿颗——恒星组成,它们自己的恒星也伴随着它们行星而且小行星带

然而,撇开相似之处不谈,每个星系都有一个独特的故事。每一座建筑的历史都反映在它的形状上。科学家们把星系到几个基于外表的类别。银河系被称为螺旋星系,这意味着它看起来像一个宽阔扁平的圆盘,带有轻微的倾斜在中心向外突出的。

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这种排列是旋转速度、时间和重力的产物。为了了解更多,我们采访了天体物理学家拉贾·古哈塔库尔塔博士,他是加州大学圣克鲁斯分校的教授,也是星系演化研究的权威。18新利最新登入这是一个诱人的领域有很多争论

古哈库尔塔说:“这些物质如何形成18新利最新登入的物理学还不完全清楚或确定。”尽管如此,人们普遍认为大多数螺旋星系最初是由气体和尘埃组成的旋转云团。它们旋转的速度非常重要。根据GuhaThakurta的说法,巨大的、快速旋转的云更有可能成为螺旋星系。

重力试图将这些旋转的无定形物体拉入夷为平地的飞机.随着时间的推移,由于重力和摩擦造成的能量损失,云被迫收缩。由于一个叫做角动量守恒在美国,当一个旋转的物体收缩时,它旋转得更快。你可以在当地的溜冰场看到这一点。有经验的滑冰运动员知道增加他们的旋转的速度通过将手臂向内拉伸。

所以,就像旋转的披萨面团一样,螺旋星系是在不成形的气体/尘埃云高速压平时形成的。同样的物理力量也会影响在这些星系边缘周围可以看到的尖“臂”的外观。

“旋臂的类型几乎肯定与旋转速率有关,”GuhaThakurta说。快速旋转的系统往往有一个小而紧的臂环。相比之下,那些移动得更慢的人的头发更长,缠得更松。为了理解其中的原因,GuhaThakurta建议做一个家庭小实验:“想象一下搅拌咖啡。把一团奶油放在中间以外的地方。你会注意到面霜会形成一个螺旋状的图案,”他说。然后,用勺子搅拌。如果你这样做得很快,图案的手臂会变得更小更紧。

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星系NGC 4302n(左)和星系NGC 4298(右)是像我们银河系一样的螺旋星系的例子。在哈勃太空望远镜1990年4月24日拍摄的图像中,它们看起来不同,因为它们在天空中不同的位置角度不同。
NASA和哈勃遗产团队

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《突出部之谜

好了,是时候快速回顾一下了。到目前为止,我们已经讨论了螺旋星系是如何发展的,以及旋转是18新利最新登入如何形成它们的旋臂的。但是我们之前提到的隆起是怎么回事呢?在旋涡星系的中心,你会发现一个非常古老的星团星星围绕中心点旋转的这是突出的部分。当盘外的恒星在一个有序的水平平面上运动时,组成凸起的恒星就像蜜蜂不规律地在蜂房周围群集。天文学家仍在试图弄清楚这些凸起是如何形成的18新利最新登入形式.一些人推测,它们会在螺旋星系的其他部分形成之前形成,而另一些人则认为情况正好相反。

现在想象一个膨胀的星系。这个东西是没有圆盘的,要么看起来像一个巨大的圆形物体或者一个巨大的美式橄榄球。在内部,它的恒星将围绕星系的中心点向各个方向运行。恭喜你,你刚刚想象了一个椭圆星系.GuhaThakurta说,当两个质量相当的螺旋星系合并在一起时,椭圆星系就形成了。(尽管他补充说,这可能不是椭圆星系形成的唯一过程。)

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顺便说一句,我们自己的银河系即将参与其中一次合并。专家预测,它最终会与附近的小行星相撞仙女座星系这个过程将把这两个螺旋星系重新组合成一个椭圆星系。这一过程应该在30亿年后开始,再过40亿年后结束。很明显,这不是你我有生之年能看到的。但无论如何,科学家们已经为这个未来的椭圆星系起了一个名字:他们称之为“椭圆星系”。仙女星系“每个人都喜欢一个好的组合词。

值得注意的是,有些星系既不是螺旋星系也不是椭圆星系。所谓的不规则的星系缺乏凸起,形状多样。此外,科学家还观察到一些正在进行中的星系合并。也许有一天,它们会看起来像漂亮、圆润的椭圆,但目前,这些正在发展的联盟看起来杂乱无章、扭曲扭曲。也有一些大型螺旋星系的记录调拨小的那些靠得太近了,受害者被慢慢地一点一点地吞噬。汉尼拔·莱克特可能会说,把蚕豆和基安蒂酒递给我。

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2007年哈勃太空望远镜捕捉到NGC 2207(左)和IC 2163(右)螺旋星系之间的近星系碰撞。科学家预测,银河系将在大约30亿年后与我们的邻居仙女座星系相撞。
NASA和哈勃遗产团队

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