| 词条 | 仙女星系 |
| 释义 | § 简介 仙女星系 仙女星系位于仙女座，最佳观测季节为秋季，天球坐标为赤经0h41MO,赤纬41°00'，视星等Mv=3.5等，是全天最亮的旋涡星系，也是肉眼可见的最远天体。 仙女座星系（M31），又称仙女座大星云，距地球约220万光年，和银河系同为本星系群的主要成员。它的直径达16万光年，质量不小于3.1*10^11（^表示乘方运算）个太阳质量，含有2亿颗以上的恒星，是本星系群中最大的一个。 肉眼看仙女座星系，呈暗弱而模糊的椭圆光斑，用小型天文望远镜可以看到包括一个大星云和至少两条尘埃带的结构，且越靠近核心部分将越明亮。这个核心不大，用大型的望远镜才能分辨出其中的恒星，否则看上去像一颗恒星，它有很强的红外辐射。用小型望远镜还可以在仙女星系的两侧看到两个矮椭星系——“仙女座的卫星”，它们分别为E2型的M32（NGC221）和E5型的M110（NGC205），而仙女星系属于中心区较小，旋臂较大且伸展的Sb型旋涡星系。 仙女座星系在适度黑暗的天空环境下很容易用肉眼看见，但是如此的天空仅存在于小镇、被隔绝的区域、和离人口集中区域很远的地方，只受到轻度光污染的环境下。肉眼看见的仙女座星系非常小，因为它只有中心一小块的区域有足够的亮度，但是这个星系完整的角直径有满月的七倍大。 据英国《卫报》报道，由美国和德国科学家组成的研究小组称，银河系的质量比先前预计的要大50%，旋转速度也要更快，这意味着银河系对其他星系的引力也更大，因而银河系与包括仙女星系在内的其他星系相撞时间可能比科学家所预计的更早。[1] § 观测简史 仙女星系 最早的仙女座星系观测纪录可能出自波斯的天文学家阿尔苏飞，他描述它是“小云”，星图上的标记在那个时代也是小云。第一个以望远镜进行观测和记录是西门•马里乌斯，时为1612年。在1764年梅西尔将他编目为M31，并不正确地相信西门•马里乌斯为发现者，却未察觉苏菲（Al Sufi）在更加早期的工作。在1785年，天文学家威廉•赫歇尔注意到在星系的核心区域有偏红色的杂色，使他相信这是所有星云中最靠近的“大星云”，并依据星云的颜色和亮度估计（并不正确）距离应在天狼星的2,000倍之内。 威廉•哈金斯在1864年观察仙女座星系的光谱，注意到与气体星云不同。仙女座星系的光谱是在频率上连续的连续光谱上叠加上了暗线，很像是单独的一颗恒星，因此他推论仙女座星系具有恒星的本质。在1885年，一颗超新星出现在仙女座星系（现在知道是仙女座S），这是第一次看见如此遥远星系中的恒星。在当时，他的亮度被低估了，只被认为是一颗新星，因此称为1885新星。 这个星系的第一张照片是以撒•罗伯斯于1887年在他坐落在英国索赛克斯郡的私人天文台拍摄的。长时间的曝光使世人第一次看见她的螺旋结构。 可是，在当时这类被认为星云的物体，一般都相信是在我们银河系内的天体，罗伯茨也错误的相信M31和类似的螺旋星云实际上都是正在形成的太阳系、卫星和诞生中的行星。M31相对于太阳系的径向速度在1912年被史力佛（Vesto Melvin Slipher）在罗威尔天文台使用光谱仪测量出来。相对于太阳系的速度是每秒300公里(186英里/秒)，这结果是当时最快的速度记录。 岛宇宙 在1917年，希伯•柯蒂斯观测到M31内的一颗新星，搜寻照相的记录又找到了11颗。柯蒂斯注意到这些新星的平均光度约为10等，远低于发生在银河系内的星等。这一结果使估计的距离提高至500,000光年，也是他成为"岛宇宙"假说的拥护者。此一假说认为螺旋星云也是独立的星系。 在1920年，发生了哈洛•夏普利和希伯•柯蒂斯之间的大辩论，就银河系、螺旋星云、和宇宙的尺度进行辩论。为了支持他所声称的M31是外在的星系，柯蒂斯提出我们自己的银河系也有尘埃云造成类似的黑色小道，并且有明显的多普勒位移。 1925年，当哈柏第一次在星系的照片上辨认出了银河系外的造父变星之后，辩论便平息了。这些使用2.5米(100 英吋.)反射镜拍摄的照片，使M31的距离得以被确认。他的测量决定性的证实这些恒星和气体不在我们的银河系之内，而整体都是离我们银河系有极大距离的一个星系。 这个星系在星系的研究中扮演着一个重要的角色，因为它虽然不是最近的星系，却是距离最近的一个巨大螺旋星系。在1943年，沃尔特•巴德是第一位将仙女座星系核心区域的恒星解析出来的人，基于他对这个星系的观测，他分辨出两种不同星族的恒星，他称呼在星系盘中年轻的、高速运动的恒星为第一星族，在核球年老的、偏红色的是第二星族，这个命名的原则随后也被引用在我们的银河系内，以及其他的各种场合。（恒星分为二个星族的现象欧特在此之前就注意到了。）巴德博士也发现造父变星有两种不同的型态，使得对M31的距离估计又增加了一倍，也对其余的宇宙产生影响。 仙女座星系的第一张无线电图是在1950年代由约翰•鲍德温 和剑桥无线电天文小组合作共同完成的。在2C无线电天文目录上，仙女座星系的核心被编目为2C 56。 § 其成因 仙女星系 中法研究人员揭示仙女座星系成因 法国国家科研中心2010年11月22日发表公报说，该机构与巴黎天文台以及中国科学院国家天文台合作，用数字模拟技术对本星系群的仙女座星系和麦哲伦星云成因进行了研究。他们认为，仙女座星系很可能由两个星系在数十亿年前发生剧烈撞击后形成。 公报说，本星系群包括40多个星系，其中最大的两个成员星系就是仙女座星系和银河系。如果说后者的成因至今仍是一个谜团，那么前者的形成过程在天文学界形成了比较一致的认识，即仙女座星系是由两个星系经过撞击、融合后形成。中法两国研究人员模拟再现了该星系的特性以及演变过程，并据此推测，在发生撞击的两个星系中，一个应该比银河系略大，另一个则比银河系小了3倍。它们在宇宙中的首次“相遇”大约在90亿年前，并最终在55亿年前融为一体。 研究人员认为，上述两个星系发生撞击之猛烈在本星系群的历史上都属罕见，以至于剩下的物质不停转动，最终形成了仙女座星系这个巨型圆盘。 研究人员还对麦哲伦星云的形成过程进行了探索。大小麦哲伦星云是离银河系最近的星系之一。研究人员认为，在仙女座星系形成过程中还有一部分物质被喷射出来，形成了大小麦哲伦星云，它们的成分中气体含量丰富，属于不规则星系。 该研究成果将于近期发表在美国《天体物理学杂志》季刊上。研究人员认为，它将帮助人们更好地认识银河系。 [2] § 其结构 NASA公布的仙女星系的图像，左边是R·Gendler使用地面望远镜拍摄的仙女星系的照片；右上是哈勃空间望远镜拍摄的仙女星系核心处的照片，显示出那里有两个核；右下是仙女星系核心处两颗恒星的示意图。 以可见光下看见的形状为依据，仙女座星系在de Vaucouleurs-Sandage延伸与扩张的分类系统下被分类为SA(s)b的螺旋星系。然而，在2MASS巡天的资料中，M31的核球呈现箱状的形状，这暗示著M31实际上是棒旋星系，而我们几乎是正对着长轴的方向观察这个星系。仙女座星系也是一个LINRER星系（低游离核辐射线区），在分类上是一种很普通的活跃星系核。 在2005年，天文学家使用凯克望远镜观察到细微的像被喷洒而向外延伸的恒星，实际上也是主星盘本体的一部分。这意味着仙女座星系的螺旋盘面比早先估计的大三倍。这个证据显示仙女座星系盘的直径超过220,000光年，是一张巨大且延展的星盘。早先估计的直径是70,000至120,000光年。 星系相对于地球的倾斜估计是77°（90°是直接从侧面观看），分析星系横断面的形状像是字母S的形状，而不是一个平坦的平面。造成这种形状翘曲的一个可能是与邻近M31的卫星星系引力的交互作用。 分光镜的观测对星系的自转速度在距离核心不同的半径上提供了详细的测量。在邻近核心的地区，旋转的速度达到225公里/秒（140英哩/秒）的峰值。 在半径1,300光年处开始下降，在7,000光年处达到最低的50公里/秒（31英哩/秒）。然后，速度在平稳得上升，在半径33,000光年的距离上达到的丰值是250公里/秒（155英哩/秒）。在这距离之外的速度又慢慢的下降，在80,000光年处降至200公里/秒（124英哩/秒）。这些速度的测量暗示集中在核心的质量大约是6 × 109 M☉，总质量成线性的增加至半径45,000光年处，然后随半径的增加而逐渐减缓。 仙女座星系的螺旋臂向外延伸出一连串的游离氢区，巴德描述成“一串珍珠”。它们看似紧紧的缠绕着，但在我们的银河系却是被远远的分隔着。矫正过的星系图很明确的显示有顺时针方向旋转的螺旋臂缠绕在螺旋星系内。从距离核心大约1,600光年处有两条连续的螺旋臂向外拖曳著，彼此间最近的距离大约是13,000光年。螺旋的样式很可能肇因于与M32的交互作用。这些置换可以由来自于恒星的中性氢云观察到。 在1998年，来自欧洲空间局的红外线太空天文台的影像显示出仙女座星系的整体形象可能是会被转换成圆环星系。在仙女座星系内的气体含尘埃形成了几个重叠的圆环，其中最突出的一个圆环在距离核心32,000光年的半径上。这个环由冰冷的尘土组成，因此在可见光的影像中这个环是看不见。 更周详的观察显示内部还有更小的尘埃环，相信是在200万年前与M32的交互作用造成的。模拟显示，这个较小的星系沿着现在的极轴方向穿越了仙女座星系的盘面。这次碰撞从较小的M32剥离了超过一半的质量，并且创造了仙女座星系内的环结构。 对M31扩展开来的晕的研究显示，大致上是可以和银河系做比较的，在允中的恒星同样是属于金属贫乏的，并且随着距离的增加更形贫乏。这些证据显示这两个星系走着相似的演化路线，在过去的120亿年中，它们可能各自都吞噬了1-2百个低质量的星系。在M31扩展的晕中的恒星和银河系中的恒星可能近到只有两星系间1⁄3的距离。 § 外形特点 位于仙女座星系中的黑洞照片 使用欧洲空间局的XMM-牛顿轨道天文台发现M31有数个X射线源。罗宾·巴纳德博士等人假设这些都是黑洞或中子星的候选者，将接踵而至的气体加热至数千万K所辐射出的X射线。中子星和假设中的黑洞，光谱是一样的，但是可以从质量上的差异区别出来。 仙女座星系大约有460个球状星团，这些星团中质量最大的，被命名为梅欧II的，绰号是G1（Gloup one），是本星系群中最明亮的球状星团之一。它拥有数百万颗的恒星，亮度大约是半人马座ω－银河系内所知最明亮的球状星团的两倍。 G1有几种不同的星族，而且以一般的球状星团来看结构也太巨大了。因此，有些人认为G1是以前被M31吞噬的矮星系残骸。另一个巨大且明显的球状星团是位于西南旋臂东侧一半位置上的G76。 长久以来M31就被知道在核心有一个密集和紧凑的星团。在大望远镜下，感觉有许多模糊的星点环绕着核心。核心的亮度也远超过最亮的球状星团。 在1991年，Tod R. Lauer使用哈柏太空望远镜上的WFPC拍到了仙女座星系内核的影像。有两个相距1.5秒差距的核心，较亮的核被标示为P1，位置偏离了星系的中心；稍暗的标示为P2，位置在星系真正的中心上，被认为是拥有108M☉的黑洞。 随后地基的观测也证实了两个核心的存在，并且推测两著在相对的移动，其中一个是被M31吞噬，正在潮汐裂解中的小星系。许多星系的核心，包括M31，都是相当狂野的区域，并且经常都以有超重质量黑洞存在其中来解释。 Scott Tremaine提出了以下的说明来解释双核心： P1是在盘面上以异常轨道环绕中心黑洞的恒星投影。这异常的离心率使恒星长期逗留在轨道的远心点上，造成了恒星的集中。P2也包含了盘面上高热的、光谱A型恒星。在红色的滤光镜下，A型恒星是不明显的，但是在蓝色和紫外线下，它们会比主要的核心更为明亮，造成P2看上去比P1更为突出。 在2005年，天文学家在M31又发现一种全新型态的星团。新发现的星团拥有成千上万的恒星，在数量上与球状星团相似。不同的是体积非常庞大，直径达到数百光年，密度也低了数百倍；恒星之间的距离也远了许多。 § 在数量确定方面 仙女星系 仙女座星系恒星数量确定约1万亿颗 仙女座星系距离地球约250万光年，它是距离银河系最近的大星系之一，是天文学家们研究外太空星系的最好的目标。在晴朗有夜晚，人们用肉眼就可以观测到它。 仙女座星系的面积非常广阔，达26万光年，银河系的面积也不过10万光年而已。从地球上看，仙女座星系占的面积相当于我们看到的七个月亮所占的面积总和。 哈佛·史密斯太空研究中心的天文学家波林·巴姆贝（音）称，“在这个星系中有两种完全对立的存在，一方面是平静的古老的星体，另一方面的那些活跃的新星，新星们的活动使该区域内看上去有如红色的波浪。”巴姆贝和她的同事们一起在第208届全美天文协会会议上公布了这一研究成果。 巴姆贝称，他们利用美国航空航天局的尖头式太空望远镜对仙女座星系进行了红外线探测，结果发现这个星系中所蕴含的能量相当于40亿颗太阳。根据这一测量结果，天文学家们确认在仙女座星系中至少有1万亿颗星球存在，而银河系中也只有数千亿颗星球而已。 巴姆贝称：“这是我们第一次确定仙女星座的恒星数量，这一数字与我们预先估计的基本一致。”科学家们在研究过程中还发现在仙女座星系的中心是一个螺旋形的结构，在这一结构中有许多的宇宙灰尘，其亮度也是整个星系中最强的。灰尘的气体是构成仙女座星系中星体的最主要的成份，其中有许多星体也是以螺旋的方法形成的，包括那些新生的星体。 来自加利福尼亚州Pasadena的技术研究机构的乔治·海伦（音）称，“从尖头式太空望远镜获得的数据中可以看出仙女座星系中许多新星的形成过程及形成的物质种类。这无疑是一个令人振奋的发现。现在我们需要研究的是这些气体与灰尘是以何种形式被组织在一起的，以及这些新星之间的关系。” 尖头式太空望远镜自身携带的红外摄像机对仙女座星系进行了拍摄，照片中蓝色的是古老的星体，红色的是新星。[3] § 研究进展情况 银河系想象图数十亿年后才会相撞 研究人员表示，银河系一旦与其它星系相遇，碰撞时所产生的超大冲击波将会压缩星系内部的星际气体云团。但幸运的是，这一巨大的灾难只会发生于遥远的未来。德国马普研究院天文学家卡尔-门特恩解释说，碰撞将可能发生于数十亿年之后，虽然两者碰撞的时间比科学家所预测的要早得多，但对于人类来说这一时间仍然是属于遥不可及的未来，不会引起人类的恐慌。 卡尔和他所领导的国际研究团队利用“甚长基线电波干涉阵列”射电望远镜对银河系进行了精确的测量。银河系在旋转的过程中，某些放射无线电波的部分会向地球方向移动。正是基于此现象，科学家们才可以计算出银河系旋转的速度。 70亿年后银河系与仙女座星系碰撞 科学家们记录了来自银河系4个旋臂所发射出来的无线电波，并根据这些无线电波进行测量。经过测量发现，太阳系会随着银河系以大约100万公里/小时的速度旋转，比预期中的要快近17万公里/小时。卡尔认为，“测量结果要求我们必须要重新认识和理解银河系的结构和运行规律。”太阳系距离银河系中心大约为2.8万光年。仙女座星系大约是太阳质量的2700亿倍，距离我们太阳系有200多万光年。银河系的这种高速旋转意味着它的质量应该与仙女座星系相当，比以前的预测要重三分之一左右。卡尔研究团队成员、美国哈佛大学史密森天文物理学中心科学家马克-里德认为，“从此，我们不再认为银河系只是仙女座星系的小妹妹。” 天文学家们认为，这次碰撞将会在未来的70亿年之内出现。太阳耗尽最后一丝能量之日，差不多也就是两个星系的碰撞之时。在发生碰撞时，恒星和行星应该不会发生碰撞。相反，星系碰撞后会相互融合，形成一个新的更大的星系。英国剑桥大学天文研究所格里-吉莫尔介绍说，“两者会戏剧性搅活、粘合在一起，最后所有恒星都将死亡，新星系变成一个巨大的死亡星系。目前尚不清楚两者是否会正面相撞。”如果是侧向碰撞的话，还将可能会引起进一步的碰撞。整个碰撞过程可能会持续数百万年时间。根据吉莫尔的说法，这项研究不仅仅提前了银河系死亡的时间，而且还对暗物质研究提供了新的依据。研究发现，银河系中心的暗物质比天文学家们早期的预测要冷得多、密得多。 研究人员们还表示，一旦确定了银河系旋转速度，那么最终控制这一速度的复杂公式便可确定银河系中所有暗物质的质量。暗物质是我们肉眼所看不到的，但却是迄今为止宇宙中数量最多的物质。所以，这意味着银河系的质量是天文学家以前估计的1.5倍。美国加州大学洛杉矶分校天体物理学家马克-莫里斯说，最新发现意义重大，但并不是有关银河系大小的最终结论。莫里斯没有参加雷德的这项研究。体积更大还意味着银河系和仙女座之间的引力更加强烈。据雷德介绍，天文学家长期预测的银河系和仙女座星系之间的碰撞可能发生得更早，同时侧面碰撞的可能性更小，然而不用担心，毕竟银河系与仙女座相撞至少是几十亿之后的事了。 碰撞后人类仍可能存在 如果银河系果真和其它星系发生碰撞，那时候人类可能会仍然存在，他们将看到一个未来完全不同的天空景象。狭长的银河系将会消失，取而代之的是一个由数十亿颗星球组成的巨大隆起。天文学家们日前绘制了一幅更为详细的银河系三维立体图，发现它的宽度比天文学家以前认为的多15%。更为重要的是，银河系的密度更大，质量比天文学家以前认为的多50%。天文学家1月5日在加州长滩市举行的美国天文学会大会上公布了这一最新发现。[4] |
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