星系:类型、结构与演化

哈勃序列

如果你按形状给星系分类——就像给树叶或贝壳分类那样——它们会落入一幅出奇整齐的“全家福”。哈勃(Edwin Hubble)在 1926 年把这幅画像画成一张形似音叉的图:手柄处是光滑的圆团,两根叉齿则是风车形的旋涡星系。天空中几乎每个明亮星系都能在这张图上找到位置,这张图就叫哈勃序列。

左侧是椭圆星系(标记从 E0 到 E7,由近乎圆形到相当扁平),是没有特征、蛋形的恒星云。叉口处是透镜状星系(S0),它有盘但没有旋臂。然后是两根叉齿:一根是普通旋涡星系(Sa、Sb、Sc),另一根是棒旋星系(SBa、SBb、SBc),后者中心横着一条由恒星组成的直棒。沿每根叉齿从 a 到 c,中央核球逐渐缩小,旋臂变得越来越松散、越来越被明亮年轻恒星结成的疙瘩点缀。无法归入任何整齐形状的星系,就直接叫不规则星系。哈勃曾把椭圆星系称为“早型”、旋涡星系称为“晚型”,这个叫法沿用至今,尽管它并不意味着椭圆星系更年轻。

这个序列之所以重要,是因为形状编码的是历史和物理,而不只是外貌。从旋涡星系走向椭圆星系,星系往往含有更少的冷气体、形成更少的新恒星,并从蓝色(年轻恒星)转向红色(年老恒星)。因此一个星系在音叉图上的位置,暗示着它的造星身世、气体含量以及过去并合的剧烈程度。它至今仍是天文学家描述星系形态时日常使用的语言,尽管我们现在知道形状是由环境和碰撞塑造的,而非一条固定的演化轨道。

我们的近邻仙女座是一个 Sb 型旋涡星系(核球中等、旋臂缠绕程度中等);室女座星系团核心的巨型 M87 是一个 E0/E1 型椭圆星系,一团光滑的、由年老红色恒星组成的球,完全没有盘。

从光滑的椭圆星系到有棒和无棒的旋涡星系——音叉上的全家福。

“早型”(椭圆星系)和“晚型”(旋涡星系)是历史遗留的名称,并非关于年龄的论断。椭圆星系通常满是年老恒星;这个序列也不是星系随时间走过的路径。

又称
tuning-fork diagramHubble classification音叉图哈勃分类音叉圖