大星系的形成过程是怎样的?

遥望远处的星空时,壮观的银河划过天际,总让人心情愉悦,思绪万千。如果我们仔细观察,我们还可以看到银河系实际上是由许多恒星组成的。在天文学中,我们把这个由数百亿颗恒星和分布在其中的星际气体、宇宙尘埃组成的,占据数千万亿光年空间距离的天体系统称为“星系”。我们的太阳是银河系中的一颗普通恒星。

银河系并不是宇宙中唯一的星系:通过各种方法,人们已经观测到了上万个星系!然而,由于距离的原因,它们看起来远没有银河系那么壮丽。在望远镜的帮助下,它们看起来仍然像朦胧的云。离我们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云——也距离我们银河系数百光年。一般来说,我们把银河系以外的星系称为“河外星系”。

星系早期被归类为星云,直到1924年,在精确测量了仙女座星云(现在严格称为“仙女座河外星系”)的距离后,才正式确立了星系的存在。

星系的形状各不相同。我们大致可以将其分为五种类型:椭圆星系、透镜星系、螺旋星系、棒旋星系和不规则星系。星系在空间的分布并不均匀,它们经常聚集成星团。少的是三五成群,多的可能上百人聚集在一起。人们也称这类集团为“星系团”。

一个星系和它的恒星在运动。我们都知道地球绕着太阳转,太阳也在绕着银河系中心转,同时银河系整体也在转。在星系内部,恒星以两种方式运动:在围绕星系核心旋转的同时,还在一定范围内随机运动(科学家称之为“扩散运动”)。

星系的起源和演化与宇宙的早期演化密切相关。一般认为,当宇宙从剧烈爆炸中涌现出来时,大量物质被抛入太空。在宇宙中形成“气体云”。这些气体云处于平衡状态,但在某种作用下,平衡被打破,物质聚集在一起,质量高达今天太阳的数千亿倍!这些物质后来在运动中分裂,最终形成了无数的恒星。就这样,原始星系形成了。一般认为星系形成于大约100亿年前。

关于星系的演化,历史上曾经认为星系形态的序列是一个演化序列,即星系从椭圆开始,然后逐渐发展为透镜型、旋涡型、杆螺旋型,最后成为不规则型。这个观点在今天已经基本被推翻了。目前认为这一过程与恒星形成的力学机制有关,但仍处于假说阶段。