书城科普读物宇宙奥秘大百科

第63章 星系的形成与发展

按照宇宙大爆炸理论,第一代星系大概形成于大爆炸发生后10 亿年。在宇宙诞生的最初瞬间,有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却,引力开始发挥作用,然后,幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。

原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大,从而形成了一些“沟”,星系团就是沿着这些“沟”形成的。

在宇宙诞生后的第一秒钟,随着宇宙的持续膨胀冷却,在能量较为“稠密”的区域,大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来。100 秒后,质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内,构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。大约再经过30 万年,宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。

这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。

不久,星系就在其中形成了。

大爆炸发生过后10 亿年,氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长,初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小,各个原星系之间靠得比较近,因此相互作用很强。于是,在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云,而其余部分则被邻近的云所吞并。

同时,原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。原星系的质量变得越大,它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用,最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩,一些自转较快的云团形成了盘状,其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后,便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。

星系成群地聚集在一起,就像我们地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中,这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构,长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。

宇宙中没有两个星系的形状是完全相同的,每一个星系都有自己独特的外貌。但是由于星系都是在一个有限的条件范围内形成,因此它们有一些共同的特点,这使人们可以对它们进行大体的分类。在多种星系分类系统中,天文学家哈勃于1925 年提出的分类系统是应用得最广泛的一种。哈勃根据星系的形态把它们分成三大类:椭圆星系、漩涡星系和不规则星系。

宇宙中的大部分大星系都是漩涡星系,其次是椭圆星系,不规则星系占的比例最小。漩涡星系自转得比较快,其盘面中含有大量尘埃和气体,这些物质聚集成能供恒星形成的区域。这些区域发育出含有许多蓝星的旋臂,所以盘面的颜色看上去偏蓝。而在其棒状结构和中央核球上稠密地分布着许多年老的恒星。与漩涡星系相比,椭圆星系自转得非常慢,其结构是均匀而对称的,没有旋臂,尘埃和气体也极少。造成这种局面的原因是早在数十亿年前恒星迅速形成时就已经将椭圆星系中的所有尘埃和气体消耗完了。其结果是造成这些星系中无法诞生新的恒星,因此椭圆星系中包含的全都是老年恒星。

宇宙中约有10 亿个星系的中心有一个超大质量的黑洞,这类星系被称为“活跃星系”。类星体也属于这类星系。

此外,还有一类个子矮小的“矮星系”。这类星系不像大型星系那样明亮,但其数量非常多。银河系附近有许多矮星系,其数量比所有其他类型星系之和都多。在邻近的星系团中也已发现了大量的矮星系。其中一些形状规则,多半都含有星族II 的恒星;形状不规则的矮星系一般含有明亮的蓝星。

星系的形状一般在其诞生之时就已经确定了,此后一直都保持着相对稳定,除非发生了星系碰撞或邻近星系的引力干扰。