[科普中國]-橢圓星系

橢圓星系：外形呈正圓形或橢圓形，中心亮，邊緣漸暗。按外形又分為E0到E7八種次型。橢圓星系的傳統(tǒng)形象是最初的爆發(fā)之后，恒星形成過程已經(jīng)結(jié)束的星系，只留下衰老中的恒星仍在閃爍著光輝，但偶爾仍會有少量的恒星形成。通常，橢圓星系看起來是黃色或紅色，與在旋臂上有高熱的年輕恒星，發(fā)出淡藍色調(diào)的螺旋星系對比有很大的差異。

簡介橢圓星系（Elliptical galaxy）是哈勃星系分類中的一種類型，具有下列的物理特征：

恒星的運動是以不規(guī)則的運動為主，不同于漩渦星系的以自轉(zhuǎn)運動為主，只有少許的不規(guī)則運動。只有少許的星際物質(zhì)、年輕的恒星很少、疏散星團的數(shù)量也不多。恒星多是年老的，屬于第二星族的恒星。較大的橢圓星系，都有以老年恒星為主的球狀星團。故被稱為“老人國”的星系。

橢圓星系的傳統(tǒng)形象是最初的爆發(fā)之后，恒星形成過程已經(jīng)結(jié)束的星系，只留下衰老中的恒星仍在閃爍著光輝，但偶爾仍會有少量的恒星形成。通常，橢圓星系看起來是黃色或紅色，與在旋臂上有高熱的年輕恒星，發(fā)出淡藍色調(diào)的螺旋星系對比有很大的差異。1

定義橢圓星系：外形呈正圓形或橢圓形，中心亮，邊緣漸暗。按外形又分為E0到E7八種次型。

橢圓星系是河外星系的一種，呈圓球型或橢球型。中心區(qū)最亮，亮度向邊緣遞減，對距離較近的，用大型望遠鏡望遠鏡可以分辨出外圍的成員恒星。

“橢圓星系”形如橢圓，沒有或僅有少量氣體和塵埃，沒有HⅡ區(qū)，輻射大部分來自紅巨星，缺乏熱的亮恒星，顏色一般偏紅，沒有主導(dǎo)的繞軸自轉(zhuǎn)，像蜂群那樣成員星在各自軌道上繞中心轉(zhuǎn)動，沒有漩渦結(jié)構(gòu)。1

類比同一類型的河外星系，質(zhì)量差別很大，有巨型和矮型之分。其中以橢圓星系的質(zhì)量差別最大：橢圓星系根據(jù)哈勃分類，按其橢率大小分為E0、E1、E2、E3、…、E7共八個次型，E0型是圓星系，E7是最扁的橢圓星系。

質(zhì)量最小的矮橢圓星系和球狀星團相當(dāng)，而質(zhì)量最大的超巨型橢圓星系可能是宇宙中最大的恒星系統(tǒng)，質(zhì)量范圍約為太陽的千萬倍到百萬億倍，光度幅度范圍從絕對星等-9等到-23等。

橢圓星系質(zhì)量光度比約為50~100，而旋渦星系的質(zhì)光比約為2~15。這表明橢圓星系的產(chǎn)能效率遠遠低于旋渦星系。橢圓星系的直徑范圍是1~150千秒差距。總光譜型為K型，是紅巨星的光譜特征。顏色比旋渦星系紅，說明年輕的成員星沒有旋渦星系里的多，由星族II天體組成，沒有或僅有少量星際氣體和星際塵埃，橢圓星系中沒有典型的星族I天體藍巨星。

成因關(guān)于橢圓星系的形成，有一種星系形成理論認為，橢圓星系是由兩個旋渦扁平星系相互碰撞、混合、吞噬而成。天文觀測說明，旋渦扁平星系盤內(nèi)的恒星的年齡都比較輕，而橢圓星系內(nèi)恒星的年齡都比較老，即先形成旋渦扁平星系，兩個旋渦扁平星系相遇、混合后再形成橢圓星系。還有人用計算機模擬的方法來驗證這一設(shè)想，結(jié)果表明，在一定的條件下，兩個扁平星系經(jīng)過混合的確能發(fā)展成一個橢圓星系。加拿大天文學(xué)家考門迪在觀測中發(fā)現(xiàn)，某些比一般橢圓星系質(zhì)量大的多的巨橢圓星系的中心部分，其亮度分布異常，仿佛在中心部分另有一小核。他的解釋就是由于一個質(zhì)量特別小的橢圓星系被巨橢圓星系吞噬的結(jié)果。但是，星系在宇宙中分布的密度畢竟是非常低的，它們相互碰撞的機會極小，要從觀測上發(fā)現(xiàn)兩個星系恰好處在碰撞和吞噬階段是非常困難的。所以，這種形成理論還有待人們?nèi)ド钊胩剿鳌?/p>

位于后發(fā)座星系團邊緣的巨大橢圓星系NGC 4881（在左上方的球狀發(fā)光體）1

范圍星系范圍橢圓星系的質(zhì)量和尺度有很大的范圍：小到只有一萬秒差距到大過十萬秒差距，質(zhì)量從10^5到接近10^13太陽質(zhì)量。最小的矮橢球星系可能不會比典型的球狀星團大，但因為擁有相當(dāng)數(shù)量的暗物質(zhì)，所以不能歸類為星團。大部份這些小的橢圓星系都與其它的橢圓星系沒有關(guān)聯(lián)性。已知最大的單一星系M87（NGC4486）是橢圓星系。橢圓星系的尺度比任何其他種類的星系都更為寬廣。1

形狀橢圓球的形狀曾經(jīng)被認為是球體被拉長的程度不同所造成的，所以哈柏星系分類將橢圓星系依照扁率從非常接近球狀的E0，到非常扁平的E7。則認為橢圓星系的扁平率都相差不大，哈柏分類上的差異只是觀測的角度不同造成的結(jié)果。1

物理類型橢圓星系有兩種不同的物理類型：“盒狀的”巨大橢圓星系，是因為有些區(qū)域的不規(guī)則運動（非對稱的隨機運動）比其他的區(qū)域明顯造成的；和“盤狀的”普通大小和低亮度，有著各項同性的隨機運動，并且被星系自轉(zhuǎn)拉平的橢圓星系。

矮橢圓星系可能不是真的橢圓星系，她們的一些特征像是不規(guī)則星系與晚期的旋渦星系，許多天文學(xué)家因此稱呼她們?yōu)椤鞍珯E球”（注意：這仍然是有爭議的題目）。1

星系特征橢圓形和星系盤的核心突起有相似的特征，并且一般都視為相同的物理現(xiàn)象。橢圓星系傾向集中在星系團的核心和存在于緊密集團的星系。 最近的一些觀測發(fā)現(xiàn)少數(shù)的橢圓星系中存在著藍色的年輕星團，這可以解釋為星系的發(fā)展和演變中發(fā)生星系合并的現(xiàn)象。想法是：橢圓星系是兩個形態(tài)可能不同，但質(zhì)量相當(dāng)?shù)男窍蛋l(fā)生碰撞與經(jīng)歷長期合并作用的結(jié)果。

這種型態(tài)的星系合并在早期應(yīng)該是很普遍的現(xiàn)象，而且發(fā)生的頻率高。較小的星系合并涉及兩個質(zhì)量非常不同的星系，并且橢圓星系的質(zhì)量是沒有限制的。例如，銀河系在正在合并一個小的星系（人馬座不規(guī)則矮星系）。1

新發(fā)現(xiàn)天文學(xué)家使用哈勃空間望遠鏡上的大視場照相機3觀測了距離地球3，400萬光年的橢圓星系M105 ，意外地發(fā)現(xiàn)了年輕的恒星和星團，為星系演化提供了新的認識。

星系通?？梢苑譃閮深悾盒郎u星系和橢圓星系。銀河系就是一個旋渦星系，恒星就位于它的星系盤中。盤中含有低溫、稠密的氣體，它們會以每年一顆的速率誕生出恒星。然而，在橢圓星系中，幾乎所有的恒星都有數(shù)十億年的年齡，且?guī)缀醪缓蜏貧怏w，沒有恒星形成。

由于無法看到單顆的恒星，天文學(xué)家通過觀測橢圓星系所發(fā)出的所有光線來研究其中恒星的形成。而新的研究則使用了“哈勃”靈敏的紫外觀測能力，可以識別出單顆的恒星。這一技術(shù)使得天文學(xué)即可以觀測恒星形成，哪怕形成率低至每100，000年僅形成一顆恒星。

盡管以前的觀測沒有在M105中發(fā)現(xiàn)恒星形成的跡象，但新的觀測卻發(fā)現(xiàn)了一些極藍的明亮恒星，它們的質(zhì)量在10~20個太陽質(zhì)量之間。此外，還看到了不是那么藍的天體，他們不是單顆恒星而是由許多恒星組成的星團。綜合起來，M105中恒星的平均形成率為每10，000年誕生1顆恒星。這些發(fā)現(xiàn)也帶來了新的問題，例如產(chǎn)星的氣體來自何方？未來的觀測將會為橢圓星系中的恒星形成過程提供新的認識。1

北京時間11月27日消息，科學(xué)家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，宇宙采取一種不同尋常的方式讓“年老”的星系獲得新生，那就是嗜食同類。借助于美國宇航局哈勃太空望遠鏡進行的最新觀測，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)年老的橢圓形星系仍保持“青春活力”，這要歸功于它們遭遇并吞噬較小的星系。

由寬視場照相機3在近紅外光條件下拍攝的NGC 4150核心照片，揭示了這個橢圓星系內(nèi)的塵埃和氣體流以及叢生的年輕藍色恒星，年輕藍星的年齡不到10億歲。有證據(jù)顯示，NGC 4150之所以能夠誕生新恒星是與一個矮星系合并的結(jié)果。

這項新研究支持了近來嶄露頭角的一種觀點，即絕大多數(shù)橢圓星系都擁有年輕恒星，讓“年老”的橢圓星系獲得新生。哈勃望遠鏡觀測負責(zé)人、牛津大學(xué)天文學(xué)家馬克·克羅基特表示：“橢圓形星系據(jù)信在數(shù)十億年前形成它們的所有恒星。它們耗盡了所有氣體，形成新的恒星。現(xiàn)在，我們在很多橢圓星系內(nèi)發(fā)現(xiàn)恒星誕生證據(jù)，之所以能夠形成新恒星由吞噬小型星系所致?！?/p>

克羅基特指出：“‘哈勃’的觀測結(jié)果支持了這樣一種理論，即通過與矮星系撞擊合并，星系能夠在數(shù)十億年的變遷中提高自身活力。位于我們銀河系后院的NGC 4150便是一個充滿戲劇性的例子，展現(xiàn)了早期宇宙中存在的一種常見現(xiàn)象。”

“哈勃”拍攝的照片揭示了這個星系內(nèi)部深處的狂暴與活躍。年輕藍星群沿著中部周圍的一個環(huán)移動，環(huán)隨著星系移動旋轉(zhuǎn)。這個恒星繁育地的寬度大約在1300光年左右。長長的塵埃帶在微黃色的核心映襯下現(xiàn)出輪廓，核心由年老恒星構(gòu)成。

根據(jù)“哈勃”對恒星顏色進行的分析，克羅基特及其研究小組計算出恒星形成過程大約開始于10億年前。在宇宙的歷史上，這是一個近期發(fā)生的事件。自此之后，NGC 4150的“恒星制造廠”便放慢腳步。研究小組成員、牛津大學(xué)的約瑟夫·希爾克解釋說：“我們看到的這個星系已經(jīng)是恒星大爆炸之后的狀態(tài)。絕大多數(shù)大質(zhì)量恒星已經(jīng)死亡。最年輕的恒星年齡在5000萬年至3億年到4億年之間。相比之下，這個星系內(nèi)的絕大多數(shù)恒星年齡卻在100億年左右。”

與另一個較小星系遭遇合并觸發(fā)了恒星形成過程，這與我們的銀河系吞噬附近的大麥哲倫星云類似。研究小組成員、倫敦帝國學(xué)院和牛津大學(xué)的蘇迦塔·卡維拉吉表示：“我們認為大約10億年前與一個富含氣體的小星系合并讓NGC 4150得以擁有形成新恒星所必須的物質(zhì)。年輕恒星內(nèi)的‘金屬’——比氫和氦更重的元素——含量非常低，說明與NGC 4150合并的星系同樣金屬含量較低。與NGC 4150合并的應(yīng)該是一個小矮星系，質(zhì)量大約是NGC 4150的二十分之一?！?/p>

天文學(xué)家表示，與更大型星系之間的撞擊相比，類似這樣的小規(guī)模合并更為常見。一大一小星系發(fā)生相撞的頻率可能是其他撞擊的10倍。由于產(chǎn)生令人難以置信的“煙花秀”——扭曲的星系、長長的氣體流和數(shù)十個年輕星群——大規(guī)模撞擊更容易觀察。相比之下，規(guī)模較小的合并更難探測，因為它們留下的痕跡很少

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橢圓星系M60與旋渦星系NGC 4647

在這張由哈勃太空望遠鏡拍攝的清晰影像里，龐大的橢圓星系M60與旋渦星系NGC 4647構(gòu)成了一個奇特的星系對。它們位于星系群聚的室女座星系團之東側(cè)附近。有著蛋形外觀、由蜂擁的年老恒星群聚而成的M60星系，離我們約5400萬光年；而NGC 4647內(nèi)的年輕泛藍恒星、云氣與塵埃，則聚成蜿蜒的旋臂結(jié)構(gòu)旋繞于同一扁平盤內(nèi)。旋渦星系NGC 4647的距離較遠，約為6300萬光年。這對星系又名為Arp116，兩個星系可能即將發(fā)生引力相互作用。M60 (又名為NGC4649)的寬度約為12萬光年，NGC4647星系略小，跨幅約為9萬光年，與銀河系相當(dāng)。3

孕育外星人的概率最高宇宙存在著“好鄰居和壞鄰居”，生命最有可能誕生于遠古巨大橢圓星系，然而矮星系被認為孕育生命概率最低，銀河系則介乎兩者之間。

目前，兩項最新研究縮小了勘測范圍，嘗試識別最有可能孕育生命形式的星系。英國圣安德魯斯大學(xué)鄧肯-福根(Duncan Forgan)說：“如果你關(guān)注恒星系統(tǒng)宜居地帶，以及星系內(nèi)可能孕育生命的星體，為什么不將注意力放在宇宙范圍內(nèi)進行搜尋呢？”

英國達勒姆大學(xué)帕拉蒂卡-達亞爾(Pratika Dayal)負責(zé)這項研究，他將不同星系與存在生命形式的銀河系進行對比，他猜測宜居星系需要大量擁有行星環(huán)繞的恒星，但同時較少恒星卻降低了超新星數(shù)量。由于超新星爆炸可能導(dǎo)致附近星體出現(xiàn)物種滅絕事件，因此近代形成恒星數(shù)量較低則意味著很少的“定時炸彈”會引爆。

達亞爾基于觀測銀河系內(nèi)超新星比例得出結(jié)論稱，巨型橢圓星系的質(zhì)量是銀河系的兩倍多，但是不穩(wěn)定年輕恒星數(shù)量不足銀河系的十分之一，如果銀河系內(nèi)擁有一顆宜居行星，那么巨型橢圓星系將擁有1萬顆宜居行星。宇宙中發(fā)現(xiàn)生命體最糟糕的區(qū)域是帶有大量新生恒星的矮星系，這種類型星系內(nèi)會定期出現(xiàn)超新星爆炸，對整個星系進行“殺菌”。同時，缺少比氫更重的元素，難以形成行星。

美國內(nèi)華達大學(xué)李曄說：“我們并非僅需要考慮超新星，伽馬射線暴同樣限制生命形式的孕育。地球被認為過去5億年里僅出現(xiàn)一次伽馬射線暴，可能導(dǎo)致4.4億年前奧陶紀(jì)物種大滅絕，相比之下，同一時間表內(nèi)活躍矮星系中類地行星將遭受100次伽馬射線暴?！?

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

楊榮佳 - 教授 - 河北大學(xué)