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星系的演化

2017-11-02 来源: 作者:

 星系的形成有着强烈的成群成团的倾向.星系经常是在一个非常紧密的集团里一起产生.人们认为星系离得如此近是由于引力的相互作用.如果确实如此的话,则每个星系的相对质量可由星系的运动来估计:质量愈大的星系,运动得愈慢;质量最小的星系运动得最快.威斯莱大学范·弗列斯克天文台的佩奇便持有这种见解,他就是根据一些密集的星系群去测定星系的相对质量的.佩奇惊奇地发现, 球形的EO型星系的质量一般都比开放的Sc型旋涡星系质量大30倍左右.他还察觉到,从EO型星系到Sc型星系,质量是等级下降的.然而,矮星系却不在此等级系列之内,因为矮星系甚至比Sc型星系还小。

  众所周知,椭圆星系不及旋涡星系旋转得快.但是,旋转的测量也应该包括旋转物质的多寡,所以我们采用角动量作为它的量度.和太阳的形成过程一样,星系的角动量也应该保持不变,因为没有什么外力作用使之减小.不过,即使质量较大,椭圆星系的角动量也比旋涡星系的小。

  海耳天文台的阿普曾将星系质量与其单位质量的角动量相比较绘成图,他从中发现了一个非常有趣的关系.质量最大的星系,其单位质量的角动量反倒最小;而且,从EO型星系到Sc型星系下降等级十分均匀.阿普认为.这种等级差别是由于星系形成期间所处的条件造成的。

  

 

  猎犬座中的旋涡星系

  M106(NGC 4528)

  假如各星系是由质量相等的气团形成的,则所有的星系应该具有相同的质量;但来.若形成星系的气团具有不同的角动量 ,则形成的星系也会是各不相同的。在巨大的非旋转气团吸缩期间,气体的密度保持均匀,所有形成恒星也应有均匀的速率和花费比较短的时间。 所有的气体都应凝聚成恒星,所有的恒星都应具有大致相同的年龄,换句话说,椭圆星系是由非旋转气团产生的早期形成的蓝巨星早已演化成白矮星.不再有气体去形成新的恒星.于是蓝巨星也就不能继续产生.

  另一种情况是,如果当初的气团是旋转的、也就是若具有相当的角动量,则气团收缩时会愈转愈快,以保持角动量守恒。随着旋转的加快,气体可能被甩出去而形成赤道隆起,尔后再变成一个星云圆盘,和原始太阳周围的星云圆盘一样,星云圆盘的形成使气体的密度降低,因而恒星的产生速率也随之减小.由于愈转愈快,也就有更多的气体被甩出而脱离正在形成的星系,从而使之质量减少.这一见解在银河系演化的各个阶段都有证据.

  此看来,原始气团角动量的大小是决定气体形成哪种类型的星系—EO,E1,E2,Sa,Sb,或Sc—的主要因素。

  

 

  大熊座中的旋涡星系

  M101(NGC 5457)

  现已公认,在旋涡星系生存期间,产生超新星和其它抛射气体的恒星会补充一些形成恒星的星际材料.如果初始的星际物质接近纯氧,则这些抛射气体的恒星便会“污染”星际气体.在恒星的生存期间,氢已聚变为氦,氦再依次变为碳、氧和更重的元素.在恒星又把气体抛射回空间时,这些重元素也就被带了出来.所以,旋涡星系中最初形成的一批恒星,含有的金属百分率很低,而较迟形成的恒星则具有较高的金属含率,最后形成的恒星的金属元素含率最高。业已证实,星族I恒星里的金属含率的确比星族II恒星里的高,这对于星际气体中金属元素含量不断升高的设想是一个有力的支持.大概椭圆星系的所有恒星都具有相同或大致相同的化学组成. 上述的星系演化假说,首次将一些不同形态的星系纳入了一个统一的形成理论.肯定还有不少星系并不属于从EO到Sc的这个序列,例如棒旋星系、矮星系、不规则星系和爆发星系等即是如此.然而,天文学家毕竟有了一个框架——假说,在此基础上再深入下去便会取得更大的进展.即使以后这个假说被证明是错误的,天文学家仍可从中学到很多东西. 关于星系演化的这一假说虽然目前还不能回答所有的问题,但对天文学家来说还是颇有用处的.无论观测方面还是理论方面,都还有待于进行深入的研究.这才是我们达到全面认识宇宙的正确途径.

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