深度探索奇特星系的宇宙暴力美学奥秘
特殊星系展现了宇宙暴力之美
大多数大质量星系呈螺旋或椭圆形状。但特殊星系展现出那种美丽的狂暴，这有助于解释我们的宇宙。
哈勃太空望远镜至今已开展科学研究36年。在其运行生涯的一半时，它曾拍摄到59个星系合并的独立实例，包括此处展示的Arp81。星系NGC6621和NGC6622仍可辨认，但大量的恒星形成、潮汐剥离和气体消耗是这种相互作用的明显迹象，其最终结果仍未明确。
在整个宇宙中，星系的质量、大小、形状和类型多种多样，其中螺旋星系、椭圆星系和透镜星系构成了大部分大型、大质量星系。然而，大约5％，甚至可能高达10％的大型星系并不属于这三大类，而是因其特性被归类为特殊星系。不过，这些特殊星系中的许多正处于演化的过渡阶段，由相互作用或合并驱动，这赋予了它们不寻常的、暂时的外观。下面让我们来看看它们的狂暴中所蕴含的宇宙之美。
在整个可见宇宙中，存在着数万亿个星系。
宇宙的这幅深空视图展示了用JWST拍摄的COSMOSWeb天区的一部分。该天区包含种类繁多的星系，其中最大、质量最庞大的星系几乎全是螺旋星系或椭圆星系，还有一些透镜状星系兼具两者的特征。不过，在这些形状可分辨的星系中，约5％至10％是不规则的特殊星系。欧洲空间局韦伯望远镜、美国国家航空航天局与加拿大空间局，G戈扎利亚斯尔、A库克莫尔、M佛朗哥以及COSMOSWeb团队
然而，宇宙中的大多数恒星都存在于最大、质量最庞大的星系中。
由哈勃空间望远镜拍摄的这张图像显示了巨型椭圆星系NGC4860及其擦肩而过的邻居——快速移动的螺旋星系NGC4858。这两个星系都位于Coma星系团中，但NGC4858很特别：它最初是一个与星系团内介质相互作用的螺旋星系。图片来源：ESAHubble＆NASA
大约90％到95％的那些大型、大质量星系要么是：
宇宙中已知的大多数最大星系都位于大质量星系团的中心，比如这里展示的武仙座星系团。随着时间推移，这些星团内的星系会发生碰撞和合并，这会引发新的恒星形成爆发，但总体上会使星系变得更缺乏气体。经过足够长的时间（比宇宙当前年龄更长）后，这类星团中的大多数星系将变成巨型椭圆星系，而不是在我们现代宇宙中仍是大型大质量星系最常见类型的含盘螺旋星系。图片来源：OmegaCenAstroWISE卡普坦研究所
螺旋星系，拥有富含气体的盘状结构和清晰的旋臂
螺旋星系UGC12158拥有旋臂、棒状结构和短枝，以及较低且平缓的恒星形成速率，还带有中央核球的迹象，可能是迄今为止发现的与我们银河系最相似的单一星系。它既未与附近任何相邻星系发生引力相互作用，也未与之合并，因此其内部发生的恒星形成主要由星系盘旋臂内的密度波驱动。来源：欧洲空间局哈勃与美国国家航空航天局
椭圆星系，具有明显的核球且几乎没有气体
图中所示的巨型椭圆星系NGC584已被发现并记录，距离地球约6200万光年。尽管它曾长期未被确认为河外星系天体，但在NGC1被发现前，它曾短暂是已知并记录的最遥远天体。其恒星分布在类似核球的晕中，内部几乎没有或完全没有气体和恒星形成物质。图片来源：斯隆数字巡天。
或者透镜状星系，它们是同时包含盘状结构和核球结构的混合体。
草帽星系（由哈勃望远镜在可见光下拍摄）是银河系周围约3500万光年范围内本质上最亮的星系。作为透镜状星系，它既有椭圆星系常见的大型中央核球和椭球形恒星晕，又有富含气体与尘埃的盘状结构——该结构仍像螺旋星系或盘状星系那样形成恒星。要找到明显更亮、质量远大于它的星系，需看向距离我们5000多万光年的室女座星系团。图片来源：NASAESA及哈勃遗产团队（STScIAURA）
然而，大约5％到10％的星系不符合这种分类：即特殊星系。
从视觉角度看，哈勃望远镜拍摄的ARP143图像或许是该望远镜最引人注目且最美丽的图像之一。这对星系包含右侧闪闪发光、形态扭曲的恒星形成螺旋星系NGC2445，以及左侧不那么耀眼但质量更大的伴星系NGC2444。图片来源：约瑟夫德帕斯夸莱（STScI）
有时候，在其他方面正常的星系之间，仅存在一种沿视线方向的偶然排列。
图像中心的巨大椭圆星系梅西耶60因其与更远的螺旋星系NGC4647在视线方向上重叠而被归类为特殊星系。它们似乎没有相互作用，因为未发现新的恒星形成现象和引力扭曲效应，其中梅西耶60的质量远大于银河系，而NGC4647的质量略小于我们的银河系。 图片来源：美国国家航空航天局、欧洲空间局以及哈勃遗产团队（空间望远镜科学研究所美国大学天文研究协会）欧洲空间局哈勃合作项目。
但在其他时候，这些星系会显示出明显的相互作用信号。
正在合并过程中的一对相互作用星系（被称为IC1623）由JWST在此处成像。这张图像的构建使用了JWST的三种仪器——MIRI、NIRSpec和NIRCam的数据。中心持续的星暴产生强烈的红外辐射。在早期宇宙的星系中，整个星系本身可能经历一次星暴，此时恒星在整个星系范围内同时形成，尽管这一过程仅持续很短的时间。图片来源：R。Colombari
当星系重叠、相互作用或合并时，它们的形状会发生显著变化。
薇拉C鲁宾天文台的首批观测图像显示，右下角的星系对NGC4411在三维空间中相距遥远且没有相互作用，而图像上方的RSCG55星系群则正在相互作用。扭曲的星系形状、潮汐尾、气体桥以及新形成的恒星等明显迹象，都是富气相互作用的标志。图片来源：RubinObsNOIRLabSLACNSFDOEAURA
引力相互作用扰动内部气体，引发恒星形成。
哈勃太空望远镜拍摄的触角星系（NGC4038和NGC4039）图像显示，两个大小相当的螺旋星系正在相互作用并合并。大约40亿年后，银河系和仙女座星系可能会经历类似的相互作用，但近期的模拟表明它们或许会擦肩而过，还需再等待数十亿年才会最终合并。 来源：美国国家航空航天局、欧洲空间局以及哈勃遗产团队（空间望远镜科学研究所美国大学天文研究协会）欧洲空间局哈勃合作项目
在严重情况下，整个星系都可能成为恒星形成区。
海豚座中的ZwII96是一个星系合并的例子，距离我们约5亿光年。这类事件会触发恒星形成，并且会消耗每个前身星系内的大量气体，而非像孤立星系中那样持续进行低水平的恒星形成。可以看到右侧的整个星系已成为恒星形成区，相互作用的星系之间存在恒星流，这些恒星流要么成为合并后星系恒星晕中的一部分恒星群体，要么完全被逐出合并后的星系，在星际介质中漫游。最终结果将是更多的恒星被束缚在数量更少的星系中。
当一个星系对另一个星系施加潮汐力时，它们的形状往往会发生扭曲。
欧空局欧几里得望远镜首次发布的拼接图像中，包含大量紧密聚集的星系。在150倍放大级别下，可看到阿贝尔3381星系团内的六个显著、巨大的大型星系，其中几个正在积极相互作用。延伸的旋臂和持续的新恒星形成特征揭示了这些相互作用的性质与特点。图片来源：J。C。Cuillandre、E。Bertin、G。Anselmi
最初由哈尔顿阿普编目，其目的是了解星系的演化。
这些并非从太空深处凝视我们的一双眼睛，而是一对相互作用的螺旋星系，由于彼此间的引力牵引，它们的恒星形成速率有所提高。这张合成图像结合了詹姆斯韦伯空间望远镜（JWST）的中红外数据以及哈勃太空望远镜的可见光和紫外数据，其中较红的区域显示了正在进行的恒星形成活动。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、加拿大空间局（CSA）、太空望远镜科学研究所（STScI）
许多特殊星系显示出以前的盘状星系正在将其气体转化为恒星。
在这张图像中可以看到前景（右侧）和背景（左上方）的星系碰撞与相互作用，前景星系未受引力透镜效应影响，而背景星系则受其显著影响。正如这张图像所展示的，星系相互作用是整个宇宙历史上新星形成的主要原因之一。右下方的两个星系在开始相互作用之前原本都是盘状星系。不过，它们未来的命运尚不确定。 CreditR。Endsley
这一瞥宇宙暴力展现了星系合并的美丽。
星系NGC7727拥有延伸的旋臂：这很可能是两个质量相当的星系近期发生重大合并后的结果。该星系内部存在两个超大质量黑洞，以及延伸的气体和恒星流，这展示了两个初始富含气体、质量相似的星系发生重大合并的一种可能结果。来源：杜伦大学CASUWFAU
虽然偶尔会形成椭圆星系，但最常见的合并结果是另一个盘状星系。
这个相互作用的星系集合，也被称为NGC520或Arp157，展示了两个原先是盘状星系的碰撞早期阶段，这场碰撞大约始于3亿年前。这类碰撞通常需要10到30亿年才能稳定到最终状态，而最终形成新的盘状星系（最常见的结果）还是红色且死寂的椭圆星系（不常见的结果）仍有待观察。气体是否留存，或是被完全消耗和或转化为新恒星，将最终决定结果。 图片来源：NASA、ESA、哈勃遗产团队（STScIAURA）ESA哈勃合作项目，以及B。Whitmore（STScI）
纤细的尾迹经常出现：这些喷出物丰富了星系际介质。
蝌蚪星系（如图所示）拥有一条巨大的尾巴，其长度是我们银河系估计大小的两倍多。当小型星系受到较大邻近星系的潮汐干扰时，它们紧密结合的核心可能会以球状星团的形式留存下来。 图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、约翰霍普金斯大学的H。Ford、加州大学圣克鲁兹分校LO的G。Illingsworth、空间望远镜科学研究所的M。Clampin、空间望远镜科学研究所的G。Hartig、ACS科学团队以及欧洲空间局（ESA）
每一万个星系中只有一个会形成环状结构：这是所有星系形状中最罕见的。
这张X射线光学复合图像展示了环状星系AM0644741及其周围环境的广域视图。在该环状星系的左下方，有一个贫气椭圆星系，它可能在数亿年前穿过了这个环状星系。气体从中心向外扩散（如同池塘中的涟漪），由此预计会形成并演化出一圈新的恒星。图片来源：NASACXCINAFA。Wolter等人；光学图像：NASASTScI
沉默为主的周一通过图像、视觉素材和不超过200字的文字讲述一个天文故事。
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相关知识
星系是由大量恒星、星际气体、尘埃等天体组成的庞大天体系统，它们在引力作用下相互束缚、有序运行。我们所在的银河系就是典型星系，包含约千亿颗恒星，宇宙中还存在无数河外星系，共同构成了浩瀚的宇宙图景，是探索宇宙结构与演化的重要研究对象。
BY: Ethan Siegel
FY: AI
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选文：天文志愿文章组-
翻译：AI
审核：天文志愿文章组-
终审：天文志愿文章组-零度星系
排版：天文志愿文章组-零度星系
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://bigthink.com/starts-with-a-bang/peculiar-galaxies-beauty-cosmic-violence/
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