天文基礎(chǔ)10、星系和星系團(tuán)

1、星系和星系團(tuán),北京天文館 詹想,一、哈勃的星系時(shí)代,星系天文學(xué)簡(jiǎn)史,從尋找彗星開始梅西葉星表康德的“宇宙島”概念NGC和IC星表星云與“宇宙島”之爭(zhēng)光譜分析法研究星云漩渦星云的發(fā)現(xiàn)和成像“宇宙的尺度”大討論,梅西葉,赫歇爾父子,埃德溫·哈勃,埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）（1889—1953），20世紀(jì)最偉大的天文學(xué)家，星系天文學(xué)之父。,哈勃生平,1889年11月20日出生在

2、美國(guó)密蘇里州馬什菲爾德的一個(gè)律師世家。1910年芝加哥大學(xué)天文系畢業(yè)，獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。1913年，英國(guó)牛津大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位（法律）。一年后前往芝加哥大學(xué)葉凱士天文臺(tái)當(dāng)研究生，1917年獲博士學(xué)位。1919年一戰(zhàn)結(jié)束，赴威爾遜山天文臺(tái)任職。1953年9月28日在前往帕洛瑪山天文臺(tái)觀測(cè)途中，突發(fā)腦溢血逝世，享年64歲。,河外星系的確認(rèn),1918年，口徑2.54米的胡克望遠(yuǎn)鏡在威爾遜山建成。1923年10月6日晚，哈勃用胡

3、克望遠(yuǎn)鏡拍攝了一張M31照片，分辨出“星云”邊緣的單顆恒星，并發(fā)現(xiàn)了“量天尺”——造父變星，計(jì)算出M31的距離為100萬(wàn)光年。結(jié)論：仙女座大星云非常遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)在銀河系之外。它和我們銀河系相類似，那里可能就是所謂的“島宇宙”?。。?星系天文學(xué)時(shí)代的到來(lái),哈勃將自己的發(fā)現(xiàn)寄給了美國(guó)天文學(xué)會(huì)，后者在1924年12月30日召開的大會(huì)上，找人代為宣讀了哈勃的結(jié)果，舉世轟動(dòng)！緊接著不久，哈勃又在三角座星云M33中發(fā)現(xiàn)了造父變星，于

4、是在1926年發(fā)表劃時(shí)代的論文——《作為一個(gè)恒星系統(tǒng)的漩渦星云》，一勞永逸的結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)170年之久的對(duì)神秘“星云”的爭(zhēng)論，正式宣布星系天文學(xué)時(shí)代的到來(lái)。與哈勃名字相連的一長(zhǎng)串天文術(shù)語(yǔ)：哈勃序列、哈勃分類法、哈勃隱帶、哈勃光度定律、哈勃光度輪廓、哈勃圖、哈勃定律、哈勃常數(shù)、哈勃年齡、哈勃半徑，等等。,星系的哈勃分類,音叉圖,橢圓星系,用E表示；8大次型：E0（圓）-E7（扁）；橢圓星系約占星系總數(shù)的60%，是數(shù)量最多的星系。直徑范

5、圍：1-200千秒差距質(zhì)量范圍：105-1015M⊙矮橢圓星系居多,1秒差距=3.26光年,巨橢圓星系M87,神秘珍珠直徑30千秒差距，長(zhǎng)度250千秒差距，質(zhì)量超過(guò)銀河系；爆發(fā)能量高達(dá)1052-1053焦耳，太陽(yáng)50億年能量總和為1044焦耳。,漩渦星系和棒旋星系,用S和SB表示；3大次型：a（緊）、b、c（松）；約占星系總數(shù)的20%，棒旋星系約占10%。直徑范圍：5-50千秒差距質(zhì)量范圍：109-1011M⊙

6、,一些典型的旋渦星系,仙女座大星云M31，直徑約50千秒差距，質(zhì)量3.1*1011M⊙,一些典型的旋渦星系,Sa,Sb,Sc,一些典型的棒旋星系,不規(guī)則星系,用Irr表示；約占星系總數(shù)的不到10%。直徑范圍：1-10千秒差距質(zhì)量范圍：108-3*1010M⊙,大小麥哲倫星云,一些特殊形態(tài)星系,透鏡星系S0和SB0,NGC3115,NGC2859,一些特殊形態(tài)星系,超巨彌漫星系cD →矮星系dE和dIrr ↓,星系紅移和宇宙膨脹,

7、除了M31等極少數(shù)星系，絕大多數(shù)星系都在遠(yuǎn)離我們而去。哈勃定律：vr=H0×r定義紅移量Z=(λ-λ0)/λ0=Δλ/λ0當(dāng)天體視向速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)：vr/c=Z當(dāng)遙遠(yuǎn)星系紅移量大于或等于1時(shí)，考慮相對(duì)論效應(yīng)： vr/c=[(Z+1)2-1]/[(Z=1)2+1],星系的碰撞與并合,車輪星系，是兩個(gè)星系互相滲透的產(chǎn)物 →NGC2207和TC2163碰撞星系 ↓,星系的形成和演化,第一代星系：中性氫云，引力

8、坍縮和微擾。星系的碰撞和并合改變形態(tài)，形成新一代大星系。星系形態(tài)形成原因之爭(zhēng)：角動(dòng)量還是密度？,二、活動(dòng)星系,活動(dòng)星系核發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史,以活動(dòng)星系核（AGN）代稱活動(dòng)星系尋找射電源的光學(xué)對(duì)應(yīng)體1960，桑德奇，3C481962，哈扎德，3C273迄今為止最古怪的天體：1.無(wú)人認(rèn)識(shí)的怪異發(fā)射線；2.說(shuō)是恒星，射電輻射太巨大，且含有星系特征；3.說(shuō)不是恒星，紫外照相它又確實(shí)只是一顆暗弱藍(lán)星體；4.光譜像行星狀星云，

9、但比后者強(qiáng)和寬。,活動(dòng)星系核發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史,1963，施密特（Maarten Schmidt），3C273最終證認(rèn)：怪異譜線就是人們熟悉的氫的巴爾末線系和電離氧線，只不過(guò)是向紅端的方向位移了很多！??！經(jīng)計(jì)算，3C273的Z=0.158，退行速度15%c，距離30億光年3C48的Z=0.367，退行速度1/3c，距離超過(guò)50億光年！類星體（Quasar）,高紅移類星體的基尼斯紀(jì)錄,20世紀(jì)70年代：PKS2000-330，Z=3.7

10、880年代：PC1247+3406：Z=4.897，退行速度2.8*105km/s，距離142億光年2000年：J030117+002025：Z=5.52001年：J103027.10+052455.0：Z=6.8紅移本質(zhì)的爭(zhēng)論：宇宙學(xué)性的還是內(nèi)秉性？,類星體的高產(chǎn)能率,類星體的光度都非常巨大。光度低的與正常星系相當(dāng)，光度高的可以達(dá)到正常星系的10萬(wàn)倍。類星體的尺度卻非常小，只有幾光年。對(duì)比：我們銀河系的直徑約十萬(wàn)光年，聚

11、集了3000億顆恒星；而一個(gè)大小只有幾光年的天體，發(fā)出的能量竟然比我們整個(gè)星系的還要大得多（相當(dāng)于1000個(gè)銀河系發(fā)出的總能量）！結(jié)論：類星體的產(chǎn)能效率相當(dāng)高，相當(dāng)于銀河系的一億倍！,類星體的物理模型,類星體是活動(dòng)性很強(qiáng)的活動(dòng)星系核，核心很可能是一個(gè)黑洞，而黑洞的周圍被一層一層氣體包圍著。我們所能觀測(cè)到的來(lái)自類星體的各種輻射可能是從這些氣體發(fā)出的。類星體核心的黑洞集中了類星體的絕大部分質(zhì)量，約為1億-1萬(wàn)億個(gè)太

12、陽(yáng)質(zhì)量。在黑洞周圍的區(qū)域主要輻射X射線和紫外線，往外是稀薄氣體，它們發(fā)射可見(jiàn)光。類星體延伸的外層可以達(dá)到非常廣闊的范圍，主要發(fā)射射電輻射。,星系中央的黑洞,遮蓋技術(shù)下拍攝的NGC 1097,引力透鏡,愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言的效應(yīng)。對(duì)稱的像，愛(ài)因斯坦十字和愛(ài)因斯坦環(huán)。,塞佛特星系,塞弗特（Seyfert）星系的光度介于普通星系和類星體之間的，中心有明亮的恒星狀活動(dòng)星系核，大小只有幾光年，星系核的亮度比我們的銀河系亮1萬(wàn)倍。

13、星系核的周圍有暗弱的旋渦結(jié)構(gòu)，星系一般是Sa型或Sb型的旋渦星系。此外，星系核有很強(qiáng)的紫外、紅外及射電輻射，有人推測(cè)塞弗特星系中心是個(gè)具有強(qiáng)磁場(chǎng)的高速旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量星體或者黑洞。,塞佛特星系,獵犬座的NGC5141,鯨魚座的M77,蝎虎BL天體,與其他活動(dòng)星系最大的不同在于蝎虎天體光變非常迅速并且飄忽不定。就蝎虎座BL而言，一天內(nèi)亮度變化就可達(dá)到10%-32%，有幾個(gè)蝎虎BL天體亮度變幅達(dá)100倍。如此快的光變和大的變幅是

14、難以想象的。另外還有一點(diǎn)令人迷惑的是，這類天體的光譜竟然幾乎只是連續(xù)譜，沒(méi)有之有很弱的譜線，因而很難測(cè)定它們的距離。,射電星系,有些星系的射電輻射非常之強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光學(xué)波段的輻射。如果一個(gè)星系的射電輻射功率超過(guò)1034瓦特量級(jí)，我們就稱之為“射電星系”。,半人馬A射電星系NGC5128,另外還有M87,射電星系,星系NGC1316的光學(xué)-射電合成圖。其光學(xué)跨度僅6萬(wàn)光年，射電總跨度卻超過(guò)了100萬(wàn)光年。這是一個(gè)經(jīng)歷多次碰