漩渦形和橢圓形,大相逕庭?那麼螺旋星系的旋臂是如何形成的呢?

2020-12-13 天文在線

盤狀星系NGC 5866幾乎向我們的視線傾斜。哈勃敏銳的視線顯示出了一條清晰的塵埃帶，將銀河分為兩半。這張照片突出了星系的結構：一個細微的紅色凸起，圍繞明亮的原子核，與塵埃帶平行的藍色恆星盤以及透明的外部光暈。

圖片提供：NASA，ESA和哈勃遺產團隊

星系中的螺旋臂難道是由於自重而使物質「排列」了不同的旋轉而引起的嗎，而不是與橢圓形物質根本不一樣的螺旋（物質可能沒有排列）？

有兩個問題確實隱藏在這裡：漩渦和橢圓形實際上是完全不同的對象，以及漩渦星系中的旋臂是如何產生的，因此，我將略微獨立地解決這些問題，首先從漩渦和橢圓形是否真的不同開始。

他們確實不同！這裡有非常簡單的方法去發現他們的不同：漩渦星系很神奇，它非常薄。我們自己的銀河系螺旋盤厚度只有約0.6光年，而整個銀河系的直徑約為100,000光年。通過一些簡單直接的劃分，我們可以計算出銀河系的邊緣比垂直方向大166,666倍。這種稀薄的東西很難纏住你的頭腦。標準的列印紙（通常為0.05毫米的寬度）的厚度按比例是我們銀河系的30倍。

圖解：這個被稱為ESO 243-49的壯觀的邊緣星系被認為是中等質量黑洞的所在地，該黑洞可能已經從食人矮化星系中剝離了。這個星系距離地球2.9億光年。圖片來源：NASA，ESA和S. Farrell（雪梨大學雪梨天文研究所）

要得到像銀河系一樣細的東西，你可以在籃球場上畫一個實心的圓圈，在球場上畫一個儘可能大的圓圈。 NBA籃球場的寬度為50英尺寬，因此您需要在地面上畫一個50英尺寬的圓圈。讓您的油漆變幹。平均油漆塗層約為100微米厚（0.00394英寸）-因此，相對於50英尺圓的大小，地板上一層油漆的高度與銀河系薄盤的高度成正比星。如果您可以將它懸掛在空中，那麼您將看到一個五十英尺的圓圈，該寬度大約與稀疏的人類頭髮的寬度相同。螺旋星系太薄了。

與此同時，一個橢圓形的星系並沒有這樣薄的磁碟。橢圓形往往比其他形狀更像足球，因此它們在一個方向上的長度通常僅比其他兩個方向長几倍，因此在任何方向上都沒有太多的「邊緣」。橢圓星系和漩渦星系是兩種非常不同的星系，我們通過觀察它們的形狀所看到的差異會反映在其他的屬性中，例如它們的年齡（橢圓形更老），顏色（橢圓形中的舊星使其更紅），並且形成了許多新星（絕大多數情況下，在漩渦星系中發現了新星）。

圖解：這是大型橢圓星系M60的哈勃太空望遠鏡圖像。該銀河系位於距離約5,000萬光年的2500個銀河系中。在該圖像的右上角可以看到淡淡的藍色漩渦星系NGC 4647的一部分。圖片來源：NASA，ESA和哈勃傳統（STScI / AURA）-ESA /哈勃合作

綜上所述，螺旋臂仍然有些怪異。如果銀河系是靜止的物體（例如由油漆製成的圓圈，並且作為一個整體旋轉），則需要從銀河系誕生之日起就已經存在螺旋臂，但是一旦它們到達該位置，你就可以相當容易地將它們保留下來。不幸的是，我們可以看到星系並沒有像播放器中的DVD一樣作為實體旋轉。

我們剩下的就是所謂的螺旋密度波理論，它表明螺旋臂不是物理上的「東西」，而是由只是經過的恆星組成，更像是交通擁堵。之所以出現明顯的旋臂，是因為恆星不再完美的圓圈中繞銀河系的軌道運行。相反，每顆恆星都位於橢圓軌道上，就像我們太陽系中的周期性彗星一樣。當恆星在其遙遠的軌道上移動最慢時，如果大量恆星在同一位置具有轉折點，則最終會出現一個特別密集的恆星區域，從而形成明顯的螺旋臂。每一顆恆星都將沿著其自身的軌道繼續前進，隨著銀河旋轉而在螺旋臂中進出。

於是這樣的想法就出來了；接下來是什麼？最接近漩渦星系中心的恆星和氣體繞其中心旋轉的速度比郊外的恆星快。旋轉速度的這種差異意味著，如果給星系一個旋臂圖案，然後讓星系僅存在一小會兒，那麼那鬆散的旋臂圖案將變成一個非常緊密的螺旋，並且兩臂之間沒有空間，將很難發現它們。因此，如果是這種情況，那麼強大的螺旋臂就不會持續太久。其次，這裡還有其他問題；如果旋轉臂不會持續很長時間，那麼通常情況下，如果你觀察銀河系人口，就不會期望看到許多堅固的旋轉臂。雖然確實有一些星系沒有明顯的旋臂，但仍有許多星系具有很強的漩渦特徵。我們也必須拋棄這個想法。

圖解：由於恆星的橢圓形，未對準軌道，在螺旋星系中臂如何形成的簡化圖。圖片來源：Wikimedia用戶Dbenbenn，在CC A-SA 3.0下使用

因此，關於使旋轉的物質排列成螺旋臂的不同想法，實際上非常接近在漩渦星系非常薄的圓盤中發現的恆星的痕跡。但是，由於星系的3D性質，螺旋形非常細，橢圓形則非常圓，因此我們無法以這種方式解釋螺旋形和橢圓形之間的差異。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. forbes- Jillian Scudder-張歪

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 為什麼漩渦星系的旋臂不會發生纏繞?看看天文學家怎麼說
    因為外圍繞著核心旋轉地更慢一些，我希望我們能觀察到一些旋臂圍繞著核心繞了很多次——有很多螺旋的漩渦星系。難道是因為宇宙還不夠古老，還不足以形成旋臂多層的漩渦星系？ 你可以去觀察任意數量地漩渦星系，它們都具有有相同的表觀構造。
  • 科普:銀河系的旋臂是如何形成的,我們的太陽系也在其中
    那麼，旋臂是如何形成的，當星系第一次出現的時候，沒有螺旋臂？星系中的所有物質都以均勻的圓形運動圍繞著中心運動。氣體雲恆星發光並照亮螺旋臂，如果這些氣體逐漸耗盡，整個星系區域似乎會從藍色變為紅色，並開始失去螺旋臂的結構。這樣就能找到螺旋臂。螺旋臂的未來呢？
  • 銀河系的形狀的「進化」,從漩渦星繫到棒旋星系!
    根據近代天文學的觀測研究，銀河系曾被分類為漩渦星系，大體上由銀盤、核球、銀暈和暗暈四部分組成。然而，1960年代以來的一些工作表明，銀河系的銀盤和中央的核球並非如此有規則，銀河系被重新分類為棒旋星系——中央有棒結構的漩渦星系。世間萬物，其結構上所表現的規則性總是相對的，而不規則性才是絕對的，龐然大物銀河系亦不例外。
  • 天文學中的星座、星系、恆星系、行星系和星系旋臂,該怎樣區分?
    宇宙是時間和空間的集合體，雖然我們人類生活在宇宙中，但是宇宙對於人類來說是一個神秘的存在，人類自誕生以來就一直對宇宙進行探索，隨著科技水平的不斷提高，人類對於宇宙的認識也不斷深入。在天文學方面，有許多的名詞，比如星座、星系、恆星系、行星系和星系旋臂等等。
  • 天空中的鑽石——宇宙星系
    夏天的時候，我們也能在空中觀察到天空中一條白色的「河流」，當然需要去周圍光不那麼強烈的地方才能夠看到。星系是什麼？一般來說，宇宙之中由兩顆或者兩顆以上星球所形成的繞轉運動組合系統就可以叫做星系。不過我們通常是指廣義上的星系，即有著數以億計乃至萬億顆恆星，以及其間的星際物質，空間尺度在幾千至幾十萬光年的天體系統。為了便於研究星系的物理特徵和演化規律，天文學家們把大量星系按照一定特徵劃分為若干個類別，以此表示不同星系之間的內在聯繫。
  • 探索:太陽系究竟位於銀河系旋臂結構何處?
    很多人知道銀河系是個螺旋星系，但是我們究竟位於這個廣袤的旋臂結構的哪個位置呢？據國外媒體報導，眾所周知我們生活在螺旋星系銀河系內，事實上銀河系是一個棒旋星系，這意味著我們的星系可能有兩個主要的旋臂，加上一個中央條狀物，而後者天文學家知之甚少。但是在這樣廣袤的旋臂結構裡，我們的太陽系究竟位於哪裡呢？銀河系大約10萬光年寬，我們距離銀河系中央大約2.5萬光年，似乎我們並不位於銀河系兩個主要的旋臂內，而是位於銀河系內一個小旋臂內。
  • 你知道神奇的星系的形狀嗎?它們真的和銀河系大相逕庭嗎?
    所以，就像一團旋轉的披薩團，螺旋星系是在不成形的氣體/塵埃雲高速平展時形成的。同樣的物理力也會影響在這些星系邊緣，這就是我們可以看到的類似尖「手臂」的外觀。古哈塔庫塔說：「旋臂的類型與旋轉速度有關。快速旋轉的系統往往有一圈小而緊的手臂。相比之下，那些移動更慢的是更長的、鬆散的。
  • 盤點宇宙十大最美星系!哪個才是最美的呢?
    它們的光芒照亮了周圍塵埃帶，像是一盞燈，照亮了其星系半徑6倍的區域，天文學家藉助它的幫助，觀察到一些自身發光不足的星系。星系NGC 3370 是一個充滿塵埃的螺旋星系，位於獅子座裡，距離地球大約9800萬光年。星系NGC 3370的中心分布著輪廓鮮明的塵埃帶和一個不太容易辨認的核。
  • 發現迄今最大宇宙星系:擁有恐怖大旋臂(圖)
    據國外媒體報導，壯觀的棒狀螺旋星系NGC 6872已經連續數十年躋身人類天體排行榜第一（最大的棒狀星系）的位置，近日來自美國、智利和巴西的天文學家小組為該星系加冕了新的頭銜：擁有迄今發現的最大旋臂結構，本項研究基於美國宇航局星系演化探測器（GALEX）的資料庫。
  • 你的名字——8個擁有非凡名稱的星系
    它是棒旋星系，在其核心貫穿著一個中心棒狀結構。 曾有很長時間，銀河系被認為只有兩條旋臂，2013年發表在《皇家天文學會每月通訊》上的一項歷時12年的研究確認了銀河系有四條主要旋臂。我們的太陽和太陽系位於一條稱為獵戶座旋臂的較小結構上，距離銀河系中心約有26000光年。
  • 風車星系DIY教程,走近銀河的漩渦,帶孩子探索趣味天文
    我們會介紹孩子喜歡的趣味科學小實驗、創意手工教程等，和你一起給孩子更優質的家庭教育！冬天夜空的銀河系不見了嗎？提到銀河系，大家都不會陌生，就是宇宙中我們太陽系所在的星系。在夏天夜晚，常常可以看見這條貫穿天際的「銀河」，但現在正處冬天，銀河不太容易被觀察到了，這是為什麼呢？
  • 銀河系大漩渦的中心點是什麼?
    夜晚，我們在地球上仰望天空，看到銀河系中間最亮的地方就是銀心，大漩渦中心點又是什麼？讓我們去詳細了解一下吧。銀河系是一個巨型棒旋星系，是由無數顆星星聚集所形成的，也是漩渦星系的一種，它像是橢圓形的大盤子，總質量大約是太陽質量的1.5萬億倍，銀河系看上去有四條旋臂，它們之間的距離差不多4500光年，太陽在銀河的一個支臂本地臂上，到銀心大約要2.6萬光年，太陽繞銀心一圈大約要2.5億年。
  • 中美科學家繪出迄今最精確銀河繫結構圖:4條旋臂的棒旋星系
    銀河系直徑約為10萬至18萬光年，太陽系離銀河系中心很遠，且位置接近銀道面，因此我們所看到的旋臂都重疊投影在天球上而無法分辨。該團隊用甚長基線幹涉技術精確測量位於銀盤上近200個大質量恆星的距離和自行，得到銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及它繞銀河系中心旋轉的速度，繪製出尺度為10萬×10萬光年的全新銀河繫結構圖。該圖是迄今最精確的銀河繫結構圖。
  • 旋臂勻稱美麗
    該團隊用甚長基線幹涉技術精確測量位於銀盤上近200個大質量恆星形成區的自行和距離，得到銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及它繞銀河系中心旋轉的速度，繪製出尺度為10萬×10萬光年的全新銀河繫結構圖。該圖是迄今最精確的銀河繫結構圖，它清晰地展示銀河系是一個具有四條旋臂的棒旋星系，徹底解決了銀河系究竟有幾條旋臂這個天文學中長期懸而未決的重大科學問題。
  • 星系圖鑑:那些緊緊相依的星系們
    圖片來源：Sloan Digital Sky Survey/William Keel；星系名稱：SDSS 1012當相互作用的星系——位於同一物理位置的星系——顯示出恆星形成速率的增加時，這些「巧合」星系都是穩定而平靜的。
  • 人們經常提到「星系」,那什麼是星系?有哪幾種星系?你知道嗎?
    螺旋星系這一類星系是我們觀測到最多的，即：超過一半的開放星系都是螺旋狀的。例如，銀河系和仙女座星系。即使沒有望遠鏡，也可以在良好的天氣條件下看到仙女座星系，只是說它們以霧狀斑點的形式出現的。這類型星系看起來像一個圓盤，有兩個或更多的分支，從明亮的中心「伸」出來。
  • 銀河系確有4條旋臂
    新華社發    據新華社南京4月23日電 記者23日從南京大學獲悉，由中美德三國天文學家領導的國際團隊歷經15年研究，繪製出目前最精確的銀河繫結構圖，明確銀河系是一個具有4條旋臂的棒旋星系。    據南京大學天文與空間科學學院鄭興武教授介紹，團隊用甚長基線幹涉技術精確測量了位於銀盤上近200個大質量恆星形成區，得到了銀河系旋臂的結構、太陽系的位置以及太陽系繞銀河系中心旋轉的速度，繪製出尺度約為10萬光年見方的銀河繫結構圖。
  • 在我們所處的宇宙中,有多少個星系比「銀河系」大?
    宇宙中的所有天體都在不停的運動之中，它們相互吸引、相互繞轉，組成了不同層次的「天體系統」，以我們地球為例，地球在宇宙中的運動是極其複雜的，絕不僅僅我們熟悉的自轉和公轉那麼簡單，因為包含地球的天體系統從低級到高級，分別是地月系、太陽系、銀河系、總星系，以及宇宙，所以地球一方面在自轉和繞太陽公轉，同時我們也繞著銀河系的中心運動，也在伴隨著總星系的運動而運動
  • 星系更喜歡「右旋」還是「左旋」?
    左旋和右旋星系是否對稱按照我們的理論，宇宙中形成的螺旋星系不管是順時針，還是逆時針的螺旋，數量應該大致相等。這也是很符合常理的，形成星系時你隨機轉，不是順就是逆，各50%的概率。但是宇宙總是喜歡給我們驚喜，令我們沒想到的是：所有的星系貌似都喜歡朝同一個方向旋轉。
  • 發現「拐杖糖」星雲後,NASA又捕捉到了「風車型」星系
    上周五，美國國家航空航天局（NASA）發布了一張於近日新捕捉到的遙遠星系的近景照片。風車形狀的螺旋星系 圖源 | Fox 新聞照片上顯示了一個位於門薩南部星座的星系IC 2051，距地球約8500萬光年。從照片上來看，該星系的外形像一架旋轉的風車。據NASA介紹，IC 2051是一個螺旋星系，其轉動的旋臂和一根穿過其中心的恆星棒，讓工作人員驚嘆不已。