宇宙星系的模型：螺旋星系，棒旋星系，椭圆星系

就像蓝色大海中点缀的一个个岛屿一样,在茫茫无边的宇宙中,点缀其中的是星罗棋布的星系。星系是宇宙中庞大的星星“岛屿”,也是宇宙中最大、最美丽的天体系统之一

“星系”一词最初来源于希腊文中的 galaxy。以我们所在的银河系为例,星系是一个包含恒星、气体的星际物质、宇宙尘和暗物质,并受重力束缚的大质量系统。典型的星系,从包含数千万颗恒星的矮星系到含有上兆颗恒星的椭圆星系,都围绕着质量中心运转。除了单独的恒星和稀薄的星际物质,多数星系都有数量庞大的多星系统、星团和各种不同的星云(由气体和尘埃组成的云雾状天体,最开始,所有在宇宙中的云雾状天体都被称作星云)。我们所居住的地球就身处一个巨大的星系系中,而在银河系之外,还有上亿个像银河系这样的被称为河外星系的“太空巨岛”。天文学家估算,在可观测到的宇宙中,星系的总数大概超过了1000亿个。它们中有些离我们较近,可以清楚地观测到结构,有些则非常遥远,最远的星系甚至离我们有将近150亿光年。星系主要依据它们的视觉形状来分类。夏天的夜晚,很多时候空中会出现一条白色的“丝带”,那是银河。在星系世界中,有很多像银河一样的星系,它们外观呈螺旋结构,核心部分表现为球形隆起,也就是核球。这种核球的外观是薄薄的盘状结构,从星系盘的中央向外缠卷着数条长长的旋臂。这样的星系被称为旋涡星系。另外一些星系看起来是椭圆形或正圆形,没有旋涡的结构,被称为椭圆星系。在旋涡星系和椭圆星系之间,还有一些拥有明亮的核球和圆盘、没有旋臂、看起来像透镜的星系,它们被称作透镜星系。这三类星系之外,是一些形状不对称、无法辨认其核心、看起来甚至碎裂成几部分的星系,它们被称为不规则星系。

通常,星系的大小差异很大。椭圆星系的直径约在3300光年到49万光年之间,旋涡星系的直径在16光年到16万光年之间,而不规则星系的直径约在6500光年到29万光年之间。拿太阳来类比,星系的质量一般是太阳质量的100万倍到1兆倍。星系内部的恒星都在运动,星系本身也在自转。天文学家认为星系自转时顺时针方向和逆时针方向的比率是相同的,但也有一些观测结果显示,逆时针旋转的星系更多一些在众多的河外星系中,只有很少一部分有专门的名字。小麦哲伦星系是以发现者的名字来命名的,猎犬座星系则以所在 星座 的名称来命名。除此之外,绝大多数的河外星系都以某个星云、星团表的号数来命名。大尺度上来看,星系的分布是接近均匀的,但从小尺度上来看则很不均匀,如大麦哲伦星系和小麦哲伦星系就组成了双重星系,而它们又和银河系组成了三重星系。

螺旋臂是由星系的核心延伸出来的漩涡和短棒组成的区域。这些长且薄的区域类似漩涡，此种星系也因此而得名。

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)。 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。

宇宙中有1000亿-2000亿个星系。这么大的数字，那里确实有一些怪异的东西。在银河系之外，有形状像水母的星系，吞噬其他星系的星系，以及似乎缺乏暗物质的星系。

下面是一些最奇怪的星系。

星系ESO 137-001位于三角洲（Trangulum Australe） 星座 中，看起来就像是在星海中游泳的水母。该星系是一个螺旋星系，它的恒星一起形成一个螺旋形，其中心为条形，但具有扭曲：星光的流光似乎像水母的触手一样漂移。

根据NASA的说法，这些恒星在ESO 137-001的尘埃和气体尾巴（肉眼看不见）内部形成。这种形成过程有点神秘，因为尾巴中的气体对于形成恒星来说应该太热了。

在2018年，哈勃太空望远镜发现了一个从未见过的东西：一个几乎没有暗物质的星系。

这一发现立即引发了危险信号。暗物质是一种物质的神秘形式，它与重力相互作用，但不与光相互作用。暗物质总量远超我们所能看到的物质，因此，至少可以说，找到一个没有任何暗物质的星系是很奇怪的。

一年后，科学侦探解决了这个谜团：星系NGC 1052-DF2最初判断的与我们的距离是6500万光年。但研究人员在2019年3月14日的《皇家天文学会月刊》上报道说，实际上距离地球仅4200万光年。距离的改变完全改变了星系质量的计算。事实证明，这是一个非常正常的星系，而暗物质理论再次具有意义。

巨大的盘状星系MACS 2129-1的旋转速度是银河系的两倍，但仍不如银河系活跃。哈勃对遥远星系的观测表明，它在大约100亿年没有造星。

MACS 2129-1是所谓的“僵尸星系”，因为那里不再有恒星形成。这个星系的发现令人头疼。科学家们认为，这类星系是随着时间的推移与较小的星系合并而形成的，但MACS 2129-1的恒星并非来自这种爆炸性合并；它们早在原始星系的盘中形成。该发现发表在2017年《自然》杂志上，表明僵尸星系随着年龄的增长以某种方式内部重新排列其结构，而不是改变形状，因为它们与其他星系结合在一起。

一些星系是巨大的贪食族。根据2019年的研究，地球上最大的仙女座星系一直吞噬着较小的星系至少一百亿年。再过45亿年，仙女座星系和银河系将发生碰撞，尽管目前尚不清楚谁会吞噬谁。

不幸的是，我们人类赶不上这个冲突，因为我们的太阳正在升温，从现在起大约10亿到50亿年之间，地球上的生命将不可能存在。

在三亿光年远的地方，一只巨大的蝌蚪在太空中游动。这个“蝌蚪”星系的尾巴长达500,000光年，比银河系长10倍。

是什么造成了这种奇怪的星系形状？研究人员在2018年的《皇家天文学会月刊》上报道了宇宙碰撞。两个盘状星系在一个较小的矮星系上拉动，将恒星的一端聚集成一个“头部”，而其他恒星则排成长形的“尾巴”。不过，这种安排仅在有限的时间内。在数十亿年中，这些星系将与附近的其他星系合并在一起，从而形成一个单一的星系。

星系会经常互相作用，将它们的邻居挤压成新的形状，窃取恒星并继续搞恶作剧。宇宙中已知最明亮的星系就是这种盗贼之一。2018年，科学家宣布他们观察到星系W2246-0526 吸收了附近三个星系的一半质量。

天文学家能够观察到连接星系的质量流 - 至少在120亿年前，当光开始向地球行进时，他们就这样做了。该观测是星系猎食最遥远的直接快照，也是星系一次虹吸多个邻居的唯一已知例子。

小幼崽可能是有史以来最可爱的星系，坐落在Ursa Major 星座 。自从“大爆炸”以来，这个矮星系就一直处于休眠状态。

小幼崽命运也就注定了，它被更大的邻居星系（NGC 3359）所吞噬。仍然有机会观看NGC 3359剥离Little Cub形成恒星的气体，这对科学来说是有价值的，因为天文学家可以测量到那些早期宇宙分子消失了。

在太空的一处空白处，星系ESO 381-12似乎绽放了。这个星系距离地球27亿光年，位于半人马座。它是一个双凸透镜星系，是像银河系这样的螺旋星系和一个延伸椭圆形星系之间的混合体。

但是，使ESO 381-12真正奇怪的是从星系主体向外绽放的不规则花瓣状花朵。天文学家并不完全确定是什么原因导致了这些结构，或者是绕星系边缘运行的恒星团。爆炸可能是来自相对较新的银河碰撞的冲击波，这也为星系提供了形成恒星的新燃料。

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译自Stephanie Pappas - Live Science Contributor 的《The 15 Weirdest Galaxies in Our Universe》

远离城市，仰望星空，我们可以看到数不尽的星星。一些星星来自我们的银河系，也有很多星星来自其他的星系。

我们的银河系，是旋转的蓝色圆盘星系，但是宇宙中也有红色的球体星系，以及异形星系。这些星系都在宇宙之中，拥有类似的起源，但为何具有不同的形状呢？

星系的形状，展示了星系的历史：

从基本的层面来看，宇宙中的星系形状主要分为两种：一种是圆盘形星系，另一种则是椭圆形星系。圆盘形星系，也被称为螺旋星系，这些星系的形状类似一个煎蛋，一般都存在较为明显的螺旋臂。在螺旋星系的中心，存在一个球体结构，就像煎蛋的蛋黄。

银河系就是一个标准的螺旋星系，距离我们最近的仙女座星系，也属于螺旋星系。

螺旋星系，被天文学家认为是比较年轻的星系，螺旋星系的运动也以旋转为主。而椭圆星系的年龄一般要更大，椭圆星系内部的运动也更加随机，并不像螺旋星系一样以旋转为主，在椭圆星系内部，天文学家可以观测到更多的随机运动。

天文学家认为，椭圆星系一般是由于星系合并而诞生，两个螺旋星系合并的时候，内部的大质量天体由于引力作用开始互相拉扯，从而开始出现随机的运动模式。随着合并的进行，螺旋星系的旋转会出现相互的抵消，逐渐形成一个椭圆星系。

银河系未来也会成为椭圆星系？

由于椭圆星系需要星系之间的合并，而星系的冲撞与合并往往非常漫长，因此天文学家观测的绝大多数椭圆星系，都要比螺旋星系更加古老。

银河系也是一个古老的星系，但银河系依旧保持着圆盘形状，这说明银河系还没有经历过星系冲撞合并，或者合并的星系不足以改变银河系的形状。然而在未来30亿年后，银河系将与仙女座星系发生冲撞合并。仙女座星系的质量比银河系大一倍左右，因此此次合并之后，银河系和仙女座星系很有可能会合并成为椭圆星系。

星系冲撞合并，并非是一件简单快速的事情，两个星系的合并，一般需要数亿年甚至数十亿年的时间，人类的天文望远镜已经捕捉到多个星系合并的现象。

由于人类和其他星系的距离非常遥远，因此从人类的观测角度来看，星系合并看起来就像是静止的画面，看起来非常平静。但是如果我们可以进入到星系合并的内部，就会发现星系合并其实非常激烈，天体之间相互碰撞，物质的破坏和聚集让恒星的诞生变得异常迅速，星球的白天和夜晚都会变得非常明亮。

天文学家目前已经在银河系和仙女座星系的边缘位置，观测到恒星诞生速度的增加，因此部分天文学家认为两个星系的边界已经开始接触。

对于银河系和仙女座星系来说，由于两个星系的质量都比较大，因此整个合并过程可能会持续50亿年以上。目前人类尚不需要考虑星系合并可能会给地球带来的影响，但是经过数十亿年后，未来的人类就必须尝试离开危险区域，寻找更加安全的生存空间。

银河系和仙女座星系完成合并后，星系内部的超大质量黑洞也会碰撞融合，银河系也将变成一个更加巨大的椭圆形星系！