旋涡星系

旋涡 星系 （SpiralGalaxy），是观测到的数量最多、外形最美丽的一种星系；它的形状很像江河中的旋涡，因而得名。这类星系在其对称面附近含有大量的弥漫物质，从正面看，形状像旋涡；从侧面看，便呈梭状。 仙女星系 、 三角座 星云都是这种类型的 河外星系 。

旋涡星系的代号为S型， 棒旋星系 的记为SB型。旋涡星系也好，棒旋星系也好一般都在S或SB后面另加a、b、c等英文字母，用来表示 旋臂 的松紧程度，a表示最紧，c表示最松。

外形呈旋涡结构，有明显的核心，核心呈 凸透镜 形，核心球外是一个薄薄的圆盘，有几条旋臂，在旋涡星系中有一类的核心不是球形，而是棒状，旋臂从棒的两端生出，称为棒旋星系。

形成

林达博是研究 尾旋 臂形成的先驱，他意识到 恒星 要恒久保持螺旋臂的形状会遭遇到"缠绕困境"而难以维持住，因为 星系 盘中 天体 的 第一宇宙速度 会随着至中心的距离而变化，一条向外辐射出的臂（像车轮的 辐条 ）很快就会因为星系的自转弯成弧线。星系只要自转几周之后，螺旋臂的 曲率 就会增加至紧紧缠绕着星系的球核。但观测到的却不是如此。 螺旋星系 （SpiralGalaxy）是由大量气体、尘埃和又热又亮的恒星所形成的，有 旋臂 结构的扁平状星系，是观测到的数量最多、外形最美丽的一种星系，属于 河外星系 ，在 哈勃空间望远镜 的星系分类中用S代表。

尾旋 星系是以它们从核心延伸到 星盘 的螺旋结构命名，它的螺旋形状最早于1845年观测 猎犬座星系 M51 时发现。

旋涡星系的螺旋臂解释图。第一个令人可以接受的理论是 林家翘 与 徐遐生 两人在1964年发明的，他们建议螺旋臂只是螺旋密度波的显示。他们假设 恒星 在细长的 椭圆轨道 上并且原来的轨道方向是互有关联的，也就是说，椭圆以很平顺的方式随着与核心距离的增加逐渐改变了他们的方向。这就是图中所说明的，很清楚的观察到椭圆轨道在某些区域紧密结合在一起的”现象”就是 尾旋 臂。因此恒星并不是永远保持在我们所看见的位置，他们只是在轨道上移动时经过螺旋臂。

二择一的另一个被推荐的假说是 星系 的运动造成恒星陷入波浪中，因为形成时最亮的恒星也会最快死亡，便会在波的后方形成黑暗的区域，因而使得波被看见。

特征

风车星系 (也称为 M101 或NGC5457)是旋涡星系的例子旋涡星系(SpiralGalaxy)是由大量气体、尘埃和又热又亮的 恒星 所形成，有 旋臂 结构的扁平状星系，有下列结构特征：

1.有相当大的总 角动量 。

2.中心有球核的结构，被周围的 星系 盘环绕着。

3.球核类似椭圆星系，有许多老年的属于第二 星族 的恒星，并且通常会有 超大质量黑洞 隐藏在中心。

4. 星系 盘是扁平的，伴随着 星际物质 、年轻的第一星族恒星、和疏散 星团 ，共同绕着球核旋转。

旋涡星系的名称来任意球核向外成 对数 尾旋 在星系盘内延展，并有 恒星形成 的明亮螺旋臂。虽然有时很难辨明，例如螺旋臂有丛生的絮结时，但螺旋臂相对的可以区分出有 星系 盘结构却没有螺旋臂的透镜星系。

旋涡星系的星系盘外通常会有庞大的球形 星系晕 包围着，其中主要的成员是年老的第二 星族 恒星 ，也有许多被聚集在环绕著星系核的 球状星团 内。

银河系 长久以来都被认为是旋涡星系，以 哈勃空间望远镜 分类法归类为Sbc，但来自 史匹哲太空望远镜 的观测却显示应该是 棒旋星系 ，重新分类为SBb。

结构

形态结构

旋涡 星系 无论在形态结构上还是在恒星成分上同椭圆星系都有很大的不同。当然，旋涡星系的核部象个椭圆星系，但仅此而已。旋涡星系的 旋臂 里含有大量的 蓝巨星 、疏散 星团 和气体 星云 ． 仙女座星系 M31便是一个典型的旋涡星系，而且离我们的银河系很近（距 太阳 二百二十万光年），用肉眼就能隐隐约约地看到它，宛如天穹上漂浮着的一片薄云。

在右图中， 仙女座星系 的细节披露得非常清楚．中央是由 星族 II的 恒星 组成的核部。各旋臂是由发射 星云 、暗淡无光的气体、银河星团和蓝巨星组成的条带，上述成员均为星族I 天体 ．旋臂虽然很亮，但核部以外的光主要来自一个由光度等于或略小于巨星的恒星组成的垫层．旋臂就叠加在这个几乎透明的恒星垫层上，因此透过旋臂之间的垫层部分仍能看到更遥远的 星系 。观测结果表明，垫层的形状类似于 椭球 ，它分布在星系中央平面的上下，富含 球状星团 ，其颜色比 旋臂 稍红，因此可能属于 星族 II。

螺旋臂

螺旋臂是由星系的核心延伸出来的旋涡和棒涡组城的区域。这些长且薄的区域类似旋涡，此种星系也因此而得名。

螺旋臂的存在曾经令科学家大惑不解，因为在星系旋转时，星系最外围(边缘)的 恒星 运动得比接近中心的恒星更快。事实上，螺旋臂并不是恒星运动造成的结果，但是密度波会导致 恒星形成 。因此，螺旋臂因为有年轻的恒星而显得明亮(并且本来质量大、明亮的恒星存活的时间不长)，不是因为恒星的运动造成螺旋臂。

星系球核

球核是巨大的，由 恒星 紧紧的包裹而成的集团，普遍的存在于绝大多数旋涡星系的中心。旋涡星系的球核通常由第二 星族 的恒星组成，又小、又红也较老。这是因为这些恒星全都是与星系同时诞生的，都已经有数十亿的年龄，只有小的红色恒星能活的如此久。

许多球核被认为在核心有 超大质量黑洞 寄宿着，这些黑洞虽从未被直接观察到，但许多都能间接的证明存在。一些球核有第一星族的 恒星 ，蓝色、年轻的恒星，或是两者混合在一起，虽然距离完全了解还有很长的距离，通常都认为这是与其他 星系 产生交互作用的证明，例如星系吞噬，将新的气体送到中心并且造成恒星的形成。

球核有些特性与椭圆星系相似(缩减至较低的质量和光度)。

星系的扁球体

旋涡星系中大多数的恒星，不是紧挨著星系盘唯一的平面，就是围绕着星系的核心（星系核）在常规的轨道上运行，再不就是聚在扁球体的星系扁球体绕着星系核心转。然而，这些形成的扁球晕或 星系 扁球体，都朝向星系的中心集中。对这些 星座 的轨道仍有争议，它们的方向有顺行也有逆行，或许并合着高倾斜角的轨道，或在不规则的轨道上运行，不一而足。

晕中的 恒星 或许是来自外面的，或是因为 星系 吞噬而来自其他的星系。例如， 人马座矮椭球星系 是 银河系 正在进行星系吞噬的对象，观测显示银晕中的一些恒星就来自这个星系的扁球体。不同于 星系 盘， 星系晕 中的星际尘埃似乎是自由的，进一步的比对，晕中的恒星都是第二星族的，非常老，金属含量也远比在星系盘中的亲戚第一星族的低(比较像球核的)。星系晕中也有许多的 球状星团 。晕中的星在运行中偶尔也会穿越过星系盘，一些在 太阳 附近的 红矮星 就被认为是属于星系晕的成员，例如 卡普坦星 和 Groombridge 1830。由于他们环绕 星系 中心的运动是不规则的，这些 恒星 经常会呈现出异常的自行现象。

起源及其演化

在 宇宙 中高速运行具有星系核的星系，当它追及到另一个具有星系核的星系时，如果两者的运行速度相近，就会相互吞噬，形成了一个更大的星系。倘若这两个星系的星系核相遇，就会相互绕转而形成一个质量更大的高速旋转的星系核。这个高速旋转的星系核就像一个巨大的 发电机 ，从它的两极爆发出能量强大的粒子流向远方喷射。星系核的能量越大，喷射粒子流的流量也就越大，喷射得也就越遥远。我们把这样的星系核称作两极喷流星系核。

星系 核在喷射高能粒子流的时候，会消耗其自身的能量，然而，当它俘获了其它 星团 或者星系以后，就会增添能量。当星系核的能量发生由大到小的变化时，就会建造出两条粗大的喷流带。如果星系核的磁轴绕着另一条轴（这条轴称作星系核的自转轴）旋转，那么，喷流带的轨迹就会弯曲，而演变成旋涡星系的两条 旋臂 。一般的， 星系 核的磁轴与自转轴之间的夹角（0~π/2）越大，所建造的星系盘面就会越扁；否则就会越厚。星系核的磁轴绕着自转轴的旋转速度越快，旋臂缠卷得就会越紧；否则，就会越松。旋涡星系的两条旋臂是 恒星 诞生的活跃区域。

美国航空航天局 （ NASA ）官员日前称，科学家们通过该组织和 欧洲航天局 合作研制的 哈勃空间望远镜 观测到了有史以来最大的旋涡星系，并拍摄了其照片。科学家们称，此次观测到了 星系 是有史以来最大的，观测的结果也是最详细的。科学家们最后合成的图像是16666*12000像素的，它是由哈勃太空望远镜51次的拍摄结果合成的。这是巨大的旋涡星系哈勃太空望远镜在执行一次例行的观测任务时发现的，这一发现将使我们对 宇宙 形成的速度有一个新的认识，特别是对一些巨星形成初期其周围众多 星团 的形成速度有一个新的认识。科学家们同时还发现，星系周围的环是一个新星诞生的地带，这些星体是造成宇宙中存在强X射线辐射的罪魁祸首。

旋涡星系的形状象一个圆盘，它是由许许多多的星体和太空灰尘以及气体组成的，直径约17万光年，这一距离相当于 银河系 直径的两倍。科学家们把这一新的旋涡星系命名为“ M101 ”。天文学家们称，“M101”旋涡星系至少拥有1万亿颗星球，其中至少有1000亿颗星球在温度和寿命方面都可以与 太阳 相媲美。科学家们还为“M101”旋涡 星系 起了一个别名，叫做“轮转焰火”星系，它位于 大熊座 以北距离 地球 2500万光年的地方。

科学家们使用 美国航空航天局 钱德拉塞卡X射线空间望远镜首次发现了在一个和我们银河系类似的旋涡星系中存在的一对 超大质量黑洞 。这一对黑洞距离地球约1.6亿光年，是迄今发现的距离最近的此类 天体 现象。

这对黑洞位于旋涡星系NGC3393核心位置，两者相距仅490光年。科学家们相信这是数十亿年前该 星系 吞并了另一个质量较小星系后留下的遗迹。

哈佛大学 史密松天体物理中心(CfA)的佩皮・法比亚诺(PepiFabbiano)领导了这项研究，他们的论文已经发表在本周出版的在线版《自然》杂志上。他说：“要不是这一 星系 距离我们如此之近，我们绝无机会观察到这一现象。从 宇宙 角度来看，这一星系几乎就在我们鼻子底下，这让我们不得不开始怀疑我们是否之前还错过了许多类似的 双黑洞 现象。”

在先前的X射线和其他 波段 观测中，天文学家们很早便注意到 星系 NGC3393的核心位置存在一个 超大质量黑洞 。然而此次钱德拉望远镜进行的长时间观测让科学家们有机会识别出这其实是一对双黑洞。两个黑洞成员都处于活跃状态，随着大量气体物质落向它们并迅速发热升温，产生剧烈的X射线辐射。

天文学家们认为，当两个质量大致 相等 的旋涡 星系 合并时，它们应当会在核心形成一对超大质量黑洞，同时星系会严重变形，漩涡结构消失，并形成大量的 恒星 新生区。一个广为人知的例子就是 NGC 6240 核心区的 超大质量黑洞 ，它距离 地球 大约3.3亿光年。然而 星系 NGC3393的情况显然与此不同，它是一个规整的旋涡星系，其核心区被大量老年恒星占据，看不到明显的恒星新生区域。这对于一个核心区拥有一对黑洞的星系而言显得不同寻常。事实上，NGC3393可能是首个被发现的这类案例，即一个较大规模的 星系 吞并一个小质量星系，并在其核心形成 双黑洞 的情形。并且，根据现有理论显示，这种质量不对称的吞并行为应当是造成 星系 核心双黑洞现象的主因。不过要证实这一点非常困难，因为要找到这种案例实在困难重重，核心区域拥有双黑洞的旋涡星系外形看起来和普通的旋涡星系根本看不出任何区别。

同样来自 哈佛大学 史密松天体物理中心的研究参与者王云峰(JunfengWang，音译)说：“除了其核心位置的两个黑洞之外，这两个星系的合并没有留下一丝痕迹。考虑到质量不对称的合并现象，在这类情形中大质量的一方在合并发生后毫发无损并不令人感到意外。”那么，如果这果真是一次质量不对称合并事件的结果，那么这两个黑洞的质量一定存在很大的差异。还没有这两个黑洞具体质量的精确测量数据，但是观测已经显示这两个黑洞的质量都超过了100万倍太阳质量。根据推算，这两个黑洞应当将在大约10亿年后合并。

这两个黑洞隐藏在大量气体和尘埃云帷幕后方，难以在光学 波段 进行观测。但是X射线 能级 更高，它可以穿透这层云雾。高度灵敏的宇航局钱德拉空间X射线望远镜探测到了清晰的 双黑洞 信号。此次有关 星系 NGC3393黑洞的发现和之前 德州大学 奥斯丁 分校天文学家茱莉亚・科玛福德(JuliaComerford)同样借助钱德拉望远镜发现的一个疑似双黑洞目标存在一些相似之处。当时科玛福德检测到两个X射线源，这可能是由于这一距离 地球 约20亿光年星系内部两个黑洞独立发出的辐射，两者相距估计约为6500光年。论文合著者，任职于 哈佛大学 史密松天体物理中心和 意大利 国家天体物理研究院的基多・瑞萨里提(GuidoRisaliti)说：“碰撞和合并是 宇宙 中 星系 和黑洞成长的最重要方式之一，找到存在于旋涡星系核心部位 双黑洞 的证据是我们了解这种过程的一个重要步骤。”

钱德拉塞卡X射线空间望远镜是一台威力空前的X射线 波段 观测设备，由史密松天体物理台负责运行和飞行控制，管理工作则由设在 亚拉巴马州 亨茨维尔 的宇航局马歇尔空间飞行中心负责。