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2012-1-5

银河系的邻居们

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 10:04 am

银河系所处的本星系群成员超过50个,但是这其中以矮星系居多,占据主导的大型星系只有银河系和仙女星系两个,再加上M33。其中银河系的势力范围内有20余个已知矮星系,这些星系的成员恒星数量最少只有几千万,多至几十亿,远比银河系的千亿恒星少。

银河系主要的伴星系分布示意。(图片来源:Wikipedia

说到银河系的近邻,首先就不能不提大小麦哲伦云。这是最早发现的两个银河系伴星系,也是最大的两个,质量分别是银河系的十分之一与百分之七。一般都认为它们的发现是16世纪的航海家麦哲伦的功劳,不过大小麦哲伦云最古老的书面观测纪录是10世纪的波斯天文学家阿卜杜勒-拉赫曼·苏菲留下的,观测地点当然不是苏菲在伊斯法罕的居所,而是在纬度更南的也门。甚至在满麦哲伦起航之前,欧洲已经有水手留意到了它们。如果抛开书面的限制,南半球的土著居民自然从远古时代就已经对这两个天体的存在口口相传。

大(左)小(右)麦哲伦云的照片。(图片提供:Anglo-Australian Observatory)

大小麦哲伦云传统上都被认为是不规则星系,不过近年的观测表明,大麦哲伦云的中央区域存在明显的棒状结构,这说明很久之前它可能是一个棒旋星系,后来由于与银河系及小麦哲伦云等伴星系的潮汐作用而变形,小麦哲伦云因为同样的原因也有类似的猜测。而考虑大小麦哲伦云过往的相互作用,又有D. S. Mathewson等天文学家猜测,小麦哲伦云实际上已经被分成两部分,前后彼此重叠,较小的一部分在后方,被称为微麦哲伦云。

大小麦哲伦云作为矮星系都算是块头很大的。由于它们距离银河系较近,亮度又较高,天文学家有能力分解将其中的成员星,因此这两个星系为天文学研究贡献良多,特别是大麦哲伦云,这里的超新星1987A与剑鱼30大型产星区都是热门观测目标,更不要提的是早年它曾经被用于校正造父变星的周光关系,为河外天文学奠定了基础。

大小麦哲伦云都还不是距离银河系最近的(分别是第三和第四近),距离最近和第二近的伴星系分别是大犬座和人马座矮星系,前者距离银心只有8千秒差距,后者是2万秒差距。先说发现比较早的人马矮星系,它是在1994年正式公布的。虽然该星系距离银河系很近,但是由于处在银心对侧,很难被察觉到。人马矮星系的成员星普遍较老,目前可以确定的是M54、Terzan 7、Terzan 8与Arp 2这4个球状星团是人马矮星系的一份子,而且帕洛玛12也疑似属于这里。在银河系强烈的潮汐力作用下,这个矮椭球星系已经濒临瓦解,拖出了环绕银河系的长长星流。最新的数值模拟还认为,银河系旋臂的形成也与该星系同银河系的相互作用有关。

大犬矮星系的发现更晚,是2003年分析2MASS巡天数据的结果。与人马矮星系一样,它也因为银河系的潮汐力作用正在瓦解中,最终将汇入银河系,NGC 1851、NGC 1904、NGC 2298等球状星团就是大犬矮星系的残留。不过与基本得到公认的人马矮星系不同,这个星系的真实性仍倍受争议,有说所谓星流其实只是银盘的翘曲而已。

人马(左,图片提供:Gabriel Pérez Díaz, Martínez-Delgado et al, 2003 and 2001, University of Geneva,IAC)与大犬(右,图片提供:)矮星系星流示意。

从小麦哲伦云远离银河系,第一个目标是大熊II矮椭球星系,它是已知最小最暗淡的星系之一,亮度只及太阳的4000倍,还不如普通的球状星团(甚至某些亮星,如老人星)明亮。它的总质量约合太阳的500万倍,因此质光比非常高,这意味着其中存在更多比例的暗物质。

再往外依次是小熊、天龙、玉夫、六分仪、船底、大熊I、天炉、狮子II和狮子I矮星系,然后还有距离尚未确定的狮子IV、狮子V、狮子T、牧夫I、牧夫II、牧夫III、后发、Segue 2、猎犬I、猎犬II、武仙、双鱼II等矮星系。这其中六分仪矮星系是背离而非朝向银河系运行;牧夫I矮星系也是最暗淡的星系之一;Segue 2可能拥有宇宙中第一代恒星。这些星系的共同特点是体积小且成员星较古老,恒星形成活动不很活跃甚至没有恒星形成,金属丰度也远较银河系为低,这可能与星系体积过小,不能保留充足的气体供应后续产星活动有关。当然,与银河系相互作用而被瓦解的迹象也是普遍存在的。

银河系的部分伴星系,上排左起:大熊II、小熊、天龙矮星系;中排左起:玉夫、六分仪、船底矮星系;下排左起:大熊I、天炉、牧夫I矮星系。(图片来源:An Atlas of The Universe

根据数值模拟,银河系周边理应存在上百个小型伴星系。如果模拟结果正确,那么现在所知道的只是银河系所有邻居中的冰山一角。当然矮星系的搜索并不容易,往往需要进行大规模巡天观测,它们本身亮度低加上体积小,大多数矮星系都是相当晚近甚至几年前才被发现的。

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