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星系团

星系团(Galaxy groups and clusters)是由星系组成的自引力束缚体系,通常尺度在数百万秒差距,包含了数百到数千个星系。包含了少量星系的星系群叫做星系团

相互之间有一定力学联系的若干个星系集聚在一起组成的星系集团。其中的每一个星系称为星系团的成员星系。有时候把成员数目较少(不超过100个)的星系团称为星系群。已发现上万个星系团,距离远达70亿光年之外。至少有85%的星系是各种星系群或星系团的成员。小的星系团如本星系群由银河系以及包括仙女星系在内的40个左右大小不等的星系组成。大的星系团如后发星系团有上千个比较明亮的成员星系,如果把一些暗星系也包括进去,总数可能上万。但像这一类范围大、星系众多的星系团是不多的。平均而言,每个星系团团内的成员数约为130个。有时又称成员数较多的星系团为富星系团,但贫、富的划分标准也是相对的。尽管不同星系团内成员星系的数目相差悬殊,但星系团的线直径最多相差一个数量级;平均直径约为5百万秒差距。

星系团(Galaxy groups and clusters)是由星系组成的自引力束缚体系,通常尺度在数百万秒差距,包含了数百到数千个星系。包含了少量星系的星系团叫做星系群。银河系所在的星系群叫做本星系群,成员星系大约为50个。距离本星系群较近的一个星系团是室女座星系团,包含了超过2500个星系。

许多星系团是明亮的X射线源,其中X射线辐射是由强引力势阱束缚住的高温气体发出的。 星系团的气体质量可达发光星系总质量的3-5倍[1]。 研究星系团中物质的分布能够为暗物质的存在提供证据。

不同星系团中,各种类型的星系所占的比例很不一样[2]。研究发现,椭圆星系的比例与星系团的形态密切相关,如果一个星系团中椭圆星系所占的比例很大,那么这个星系团的形状倾向于规则和对称,如果椭圆星系所占的比例很小,星系团一般显示出不规则的形状。

HCG 87星系团的距离大约4亿光年,侧向的巨大螺旋星系,紧邻在他右边模糊的椭圆星系,接近顶端的螺旋星系,都是这个集团的成员。而在中间,小小的螺旋星系则是在更遥远背景中的星系。

星系团的运动特征可以从两个方面,即从整个团的视向运动和团内各成员星系间的随机性相对运动来认识。星系团作为整体的视向速度同星系团的距离满足哈勃定律,即距离越远视向速度越大。例如较近的室女星系团我们约19百万秒差距,视向速度为1,180公里/秒;而长蛇Ⅱ星系团离我们约有1,000百万秒差距,视向速度则高 60,000公里/秒。一个星系团内不同成员星系间的相对运动情况可用速度弥散度来表示。一般说来,随着星系团的范围的扩大和成员数的增加,速度弥散度也就越来越大。

小星系团的速度弥散度约为 250~500公里/;大星系团的速度弥散度高达2,000公里/秒。星系团速度散度的研究具有重要的意义。一方面我们可以根据速度弥散度,利用维里定理来估算团内每个星系的平均质量;另一方面,对星系团内部运动的研究又与探索星系团的稳定性问题密切相关。天体系统;另一种看法认为,星系团内成员星系的速度弥散度很大,整个系统的能量是正的,因此它们是不稳定的,整个团正处在膨胀、瓦解之中。

星系团按形态大致可分为规则星系团和不规则星系团两类。规则星系团以后发星系团为代表,大致具有球对称的外形,有点像恒星世界中的球状星团,所以又可以叫球状星系团。规则星系团往往有一个星系高度密集的中心区,团内常常包含有几千个成员星系,其中至少有1,000个的绝对星等亮于-16等。规则星系团内的成员星系全部或几乎全部都是椭圆星系或透镜型。不规则星系团,又称疏散星系团。它们结构松散,没有一定的形状,也没有明显的中央星系集中区,例如武仙星系团。

它们的数目比规则星系团更多。大的不规则星系团的成员星系数多达 2,500个以上;小的只包含几十个甚至更少的成员星系,本星系群就属这一类。范围比较大的不规则星系团可以有几个凝聚中心,在团内形成一种次一级的成群结构。整个团就是这些较小群的松散集合体,又可称为星云或超星系。不规则星系团总是各种类型星系的混合体,其中往往以暗星系占绝对优势,这也是与规则星系团的不同之处。另外,就所知,只有少数不规则星系团发射的射线。

不规则星系

没有明显的核心和旋臂是为不规则的星系.但有写不规则信息与旋涡星系非常接近.大约3%的已知星系为不规则星系。

用天文望远镜观测,椭圆星系呈球状,或像一个被压扁的球。其中小型的“矮椭圆星系”是人类已知的宇宙中最常见的星系。

具有旋涡结构的星系。大多数明亮的星系是旋涡星系,它们非常大,直径通常达10万光年。银河系被认为是典型的旋涡星系。

棒旋星系是在外型上与旋涡星系非常相似,但棒旋星系的旋臂是笔直的,呈棒状,并从星系核心比粉向两个方向延伸出去的。

相互间有力学联系的大量星系组成的星系集团。星系团包含的星系数相差很大,少的只有十几个星系,多的可达数千。通常把成员星系数较少(十几个到几十个)的星系团称为星系群。星系团的线直径相差不大,平均约为500万秒差距。按照形态结构,星系团可分为规则星系团和不规则星系团两大类。规则星系团具有球对称的外形,往往有一个星系高度密集的中心区域,又称为球状星系团。它们包含的星系数较多,常有几千个。规则星系团的成员星系绝大多数是椭圆星系和透镜形星系,其他类型的星系很少。

规则星系团往往又是X射线源。不规则星系团的结构松散,没有一定的外形,也没有明显的中央星系密集区,又称为疏散星系团。星系群都是不规则星系团。不规则星系团的成员星系数相差很大,大的不规则星系团可包含几千个星系。不规则星系团里各种类型的星系都有。另外,只有很少的不规则星系团是X射线源。发现的星系团约一万个。比较著名的有室女座星系团、后发座星系团、武仙座星系团等。

武仙座星系团是一个离我们六亿五千万光年远的宇宙岛群,上面这些星系是星系团的部份成员。这个星系团拥有大量富含尘埃云气及恒星形成区的旋涡星系,还有少量缺乏尘埃云气和新生恒星的椭圆星系。在这幅组合影像里,有恒星诞生区的星系带着蓝色的色调,而椭圆星系则略微偏黄。这个宇宙视野里的许多星系像是正在互撞或合并,显示出扭曲的形状。研究人员认为武仙座星系团和宇宙初期的年轻星系团很相似,因此探索武仙座星系的型态和它们如何互相影响,可以找出星系和星系团演化的线索。

如果说银河系是一个巨大的“恒星岛”,那么宇宙间是否仅此一个“孤岛”呢?不是。在浩瀚的宇宙空间,像我们银河系一样的星岛,叫河外星系,简称星系。已发现约10亿个河外星系。真是“天外有天”。

河外星系也是由数十亿至数千亿颗恒星、星云和星际物质组成。河外星系本身也在运动。它们的大小不一,直径从几千光年至几十万光年不等。我们的银河系在星系世界中只是一个普通的星系。星系的结构和外观是多种多样的,星系的空间分布也是不均匀的,星系也是成双或成团存在的。我们银河系和它周围30多个星系组成一个集团,叫本星系团。其中离我们银河系最近的有大麦哲伦星系、小麦哲伦星系和仙女座星系等,它们都是我们银河系的近邻。已知星系团就有1万多个。通过对星系质量、形态、结构、运动、空间分布、内部恒星和气体的成分等方面的观测研究,进而促进对恒星和大尺度的宇宙结构的研究,这是当代天文学中最活跃的领域。

武仙座星系团是众多宇宙岛星系中的一个岛屿,它距离我们仅有6.5亿光年。这个星团拥有很多漩涡星系,这些漩涡星系具有丰富的气体和尘埃,恒星就在此诞生;不过它也拥有相对较少的椭圆星系,而这些椭圆星系则是缺少气体和尘埃以及与此相关的新星。从这张合成图上可以看出,形成漩涡星系的恒星是淡蓝色的,而形成椭圆星系的恒星是淡黄色的。在这张宇宙深处的图上,很多星系看起来在碰撞或合并,然而另一些似乎是被扭曲了,这就是一个明显的证据,它证明了星系团之间普遍发生相互作用。日积月累,星系团的相互作用很可能影响星团本身的组成。研究人员认为武仙座 星团与遥远的、早期宇宙的星系团非常相似,而且探究武仙座附近的星系类型和他们之间的相互作用将有助于帮助解开星系团演化的谜团。

室女座星系团是离银河系最近的星系团,在天空中横跨5度的范围,大约是满月的十倍大。它包含有类似于银河系那么大的星系2 500多个,包括旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。它距离我们约数千万光年。室女座星系团的质量非常巨大,甚至正把我们的银河系拉过去。室女座星系团不仅有普通的星系,还拥有温度高到会发出X射线辐射的云气。星系团内外星系的运动表明,星系团所含的暗物质超过了可见的物质。

室女座星系团的准确距离仍有争议(见宇宙距离尺度),但一个广为接受的数值是1,500万秒差距;如果这个距离能够准确测定,比如用哈勃空间望远镜研究其中的造父变星,那将给宇宙距离尺度提供重要定标。1994年公布了用哈勃望远镜进行这类测量的首批结果,得出了比较大的哈勃常数值约80公里每秒每百万秒差距,但这并不是最后结论。

室女座星系团中第二位最亮星系(M87)是该团最重要成员之一,它是一个巨型椭圆星系,而且观测表明它还同时是射电源(室女座 A)和χ射线源(室女座 X-1)。室女座星系团正以每秒1150千米的速度远离地球而去。这仍然意味着,我们正以大约1,000公里每秒的速率远离室女座星系团,然而令人不解的是,天文学家常常把退行速度减少的这个量说成我们‘落到’室女座星系团中去。

室女座星系团在天球上至少占赤经12h~13h、赤纬+20°~-20°的大片面积。梅西耶星云星团表中共有34个河外天体,室女星系团的成员星系就占了其中的16个。超巨型椭圆星系M87(NGC4486)位于这个星系团中心,它是全天最强的射电源之一,在中心区域12°×10°的椭圆型天区内,有几百个成员星系。整个星系团拥有的星系超过2500个。平均视向速度为每秒1180公里。距离19百万秒差距(6000光年)它的结构相当复杂,可能是几个星系团的投影。室女星系团和银河系所在的本星系群都属于本超星系团。

室女座星系团在天空中占5度,大约是满月的十倍。这个星系团中,大约有100个各种各样的星系,包括旋涡状的,椭圆形和不规则的。室女座的星系团的质量很大,这使得我们银河系一直在向室女座星系团运动。图中,我们可以看见两个梅西耶天体:M84和M86。M84是在图片中央的椭圆星系,而M86是图片右边的一个椭圆星系。

“大胖子”星系团的编号为ACT-CL J0102-4915,包含了数百个的星系。根据哈勃太空望远镜的最新观测结果,该星团的质量可能与3千万亿颗太阳相当,约为银河系质量的3000倍,是目前为止发现的最大型早期宇宙星系团,其规模可能比原先预计的还要大一些。据美国航空航天局(NASA)哈勃太空望远镜的最新观测结果显示,“El Gordo”星系团(昵称为“大胖子”)所容纳的质量可能与三千万亿(3乘以10的15次方)颗太阳相当。这比原先科学家所估计的值大了43%。

研究负责人、美国加州大学戴维斯分校的詹姆斯吉(James Jee)在一份声明中说:“这一结果让我们更加确定,在相当早期的宇宙中,这是一个十分不可思议的系统。”

“大胖子”星系团的编号为ACT-CL J0102-4915,距离地球超过70亿光年。因此,天文学家观测到的信号,实际上已经有将近一半的宇宙年龄(约138亿年)。在2012年的报道中,“大胖子”星系团的质量大致相当于2千万亿颗太阳。研究者利用NASA的钱德拉X射线天文台和欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜阵列,对星系团内部的气体温度以及星系的运动进行了研究,估算出了这一数据。不过,该结果存在着一些偏差,原因主要是该星系团可能是两个星系团之间碰撞的结果。 [1]

天文学家已经发现了距离地球较近的、规模类似“大胖子”的星系团,但后者极端的距离使其与众不同。天文学家认为,如此巨大的星系团在宇宙早期是非常罕见的。

研究团队计划用哈勃太空望远镜继续对“大胖子”星系团进行研究。该星系团如此巨大,以至于无法完全进入哈勃望远镜的视野中。研究者打算下一步先获取一张拼接图片。来自伊利诺伊大学的费利佩(Felipe Menanteau)说:“可以说El Gordo星系团真是个“大胖子”,但我们不知道他的腿脚长什么样子,因此我们还需要一个更大的视野,来获得整个的全貌图片。” [1-2]


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