最远的星系多少光年（合集20篇）

据外国媒体报道，一个由天体物理学家组成的国际团队最近发现了一个距离地球6500万光年的星系，其中几乎没有暗物质，甚至可以说根本没有暗物质。负责这项研究的人说，虽然这种现象不能推翻科学家对星系形成的理解，但它可以完全改变天体物理学家对暗物质的定义。

迄今为止，物理学家对暗物质了解不多。对于暗物质是由什么组成，单个粒子有多重，或者暗物质是如何形成的，物理学领域没有明确的结论。没有人能捕捉到地球上的暗物质粒子。

但是经过30多年的天文观测，大多数研究者都同意宇宙中有大量暗物质的事实。天体物理学家认为暗物质主宰着整个宇宙，其总量甚至是普通物质的五倍。因为星系旋转太快，如果没有额外的暗物质存在，这些星系将根据现有的物理定律崩溃。例如，银河系旋转非常快，所以它包含的暗物质肯定比普通物质多30倍。事实上，天文学家研究过的每个星系都包含暗物质。

但是现在天体物理学家似乎发现了一个没有暗物质的星系。

一个由天体物理学家组成的国际团队发现了一个距离地球6500万光年的星系，其中包含的暗物质非常少，甚至可以说根本没有暗物质。在得出这个结论的过程中，科学家测量了银河系中10个球状星团的转速，每个球状星团都包含数百万颗恒星。他们的测量显示，这个星系中的恒星能够控制自己的旋转速度。耶鲁大学天体物理学家彼得·范·多克姆指出，与其他亮度相同的星系相比，“它的暗物质比我们预期的少400倍”。

多姆指出，这种现象非常奇怪。虽然它不能推翻科学家对星系形成的理解，但它可以完全改变天体物理学家对暗物质的定义。目前，科学家认为星系是由暗物质云形成的，恒星只能在原始暗物质的基础上形成。哥伦比亚大学的天体物理学家耶利米·奥斯特克指出，“星系的形成是暗物质积累的过程。然后普通气体物质落入暗物质云中，逐渐演化成恒星，然后形成星系。”

多姆指出:“矛盾的是，我们发现了一个没有暗物质的星系，这就像发现了一个没有骨架的天体。它是如何形成的？你如何形成一个没有暗物质的星系？”

加州大学欧文分校的天体物理学家詹姆斯·布洛克说，推翻最初的理论还为时过早。他指出星系NGC105DF2正在围绕另一个星系运行。他说这个星系可能像其他星系一样有很多暗物质，而邻近的星系带走了暗物质。

想象一下，你可以把暗物质完全看作是分散粒子的集合，你可以把暗物质想象成单个粒子的集合。当然，与普通物质不同，暗物质可以聚集成恒星和行星。布洛克说:“最好把它想象成一种流体，就像一片黑暗的海洋。”主流暗物质理论预测，这些“海洋”流体粒子在太空中围绕星系运动，就像彗星围绕太阳飞行一样。布洛克认为，当暗物质粒子到达轨道顶端时，来自附近星系的力量可能会带走它们。

奥斯特克说，下一步是找出这个星系是一个例子还是一个正常的例子。如果天体物理学家发现更多类似的星系，他们将不得不修改现有的暗物质理论。当前的主流理论认为暗物质由所谓的弱相互作用大质量粒子(WIMP)组成，每个粒子都比质子稍重，这不能解释星系中没有暗物质的原因。

其他理论可能更好。例如，奥斯特克提出了一个理论，可以预测某些星系中暗物质的含量非常低，暗物质粒子比弱相互作用的大质量粒子轻1030倍。

布洛克说，如果目前的理论是错误的，它也将影响在地球上捕获暗物质粒子的实验策略。例如，南达科他州的勒克斯-泽普林实验、意大利的谢诺恩1号实验和华盛顿州的ADMX实验都试图找出暗物质到底是由什么组成的。他们希望通过天文观测来指导探测器的设计。LUX-ZEPLIN和XENON1T都使用液态氙来寻找弱相互作用的大质量粒子。ADMX正在寻找另一种暗物质候选物，叫做Axion，它比WIMP轻，需要不同类型的探测器。

多姆和他的团队计划继续寻找类似的星系或任何其他奇怪的东西，以挑战目前对暗物质的理解。2016年，他们发现了一个旋转速度非常快的星系，并推断其暗物质含量高达99.99%。“这个星系是一个相反方向的惊喜，”他说。同样，他们也不知道这个星系是如何形成的。

他们希望这些奇怪的星系能帮助像奥斯特克和布洛克这样的理论家更好地理解暗物质是什么。“我们对暗物质知之甚少，所以任何新理论都是受欢迎的，”多克拉姆说。

巨型怪物级星系UGC1382比预想要大10倍。据外媒报道，近日，天文学家发现了一个巨型怪物级星系，该星系为UGC1382。天文学家称，此前，他们一直认为UGC1382是一个小型星系，没想到，它竟比预想的要大10倍。这让他们感到十分震惊!

日前，天文学家最新发现一个庞大星系——UGC1382，它是由其它部分星系构成的，距离地球大约2.5亿光年。同时，它也是迄今发现三个最大隔离盘状星系之一。

天文学家通过研究，揭晓了UGC1382星系的秘密，之前天文学家一直认为这是一个古老、典型的小型星系。但目前他们使用美国宇航局望远镜和其它天文台观测数据发现这个星系比之前预想的大10倍，并且不同于多数星系，它的内部比外部更年轻，仿佛是由其它星系物质构成。

研究报告合著作者、美国加州卡内基科学研究所马克-塞伯特说：“这是非常罕见的现象，‘弗兰肯斯坦’星系形成以及能够幸存下来，是由于它位于一个安静的位置，没有喧嚣的宇宙区域。同时，这个星系所处位置非常微妙，邻近星系轻微扰动就会导致它瓦解崩溃。”

该项研究负责人美国宾夕法尼亚州大学研究生莱亚-哈根和同事意外发现这个星系，他和研究人员发现恒星形成于普通的椭圆星系，它不会旋转，通常具有三维结构，外形呈现足球状，而不是扁平的盘状结构。最初天文学家认为UGC1382是普通的椭圆星系，但是基于美国宇航局星系进化探测器紫外线数据，发现UGC1382犹如从黑暗之中浮现的一只巨兽。哈根说：“我们看到这个星系延伸出来的旋臂结构，此前并没有人注意到，椭圆星系通常是不具有这样的结构。天文学家表示，这项研究有助于揭晓该星系的特性，以及它是如何形成的。

据外国媒体报道，天文学家首次观察到星系合并的最后阶段。通过厚厚的气体和尘埃，他们看到成对的超大质量黑洞越来越近，并在碰撞后迅速增长。

大多数星系(如果不是全部的话)的中心都有超大质量黑洞，质量是太阳的数百万到数十亿倍。例如，银河系中心的人马座A*是一个非常明亮和密集的无线电波源。它被认为是离我们最近的超大质量黑洞的位置，其大小大约是太阳质量的450万倍。

先前的研究发现星系合并可能有助于超大质量黑洞的成长。研究人员认为，位于碰撞星系中心的黑洞可能会合并形成更大的黑洞。

星系的合并很可能为超大质量黑洞撕裂恒星和吞噬物质提供充足的机会。这次碰撞将释放出极其大量的辐射，很可能是类星体背后的驱动力。类星体是宇宙中最亮的天体之一。然而，这篇新论文的作者说，支持基于星系合并的超大质量黑洞增长模型的证据非常复杂。尽管一些研究揭示了类星体和合并星系之间的联系，但其他研究没有发现这种联系。

类星体和合并星系之间明显缺乏相关性的一个可能解释是，这些星系周围的气体和尘埃可能会严重阻塞黑洞。即使在合并的早期阶段，当星系之间的距离超过16000光年时，也是如此。研究作者指出，计算机模拟显示，在星系合并的最后阶段，即当星系核之间的距离小于10，000光年时，遮挡程度将达到最高水平。

现在，研究人员已经观察到几对处于合并后期的星系，它们中心的超大质量黑洞越来越近。这些发现将为揭示更大的超大质量黑洞是如何形成的提供线索。

研究人员首先从美国宇航局的尼尔·格拉尔斯·斯威夫特天文台获得了10年的x光数据，以筛选出与隐藏黑洞相关的信息。当黑洞吞噬物质时，即使它们被厚厚的气体和尘埃所屏蔽，也能观察到这些“活跃”黑洞产生的高能X射线。

接下来，研究人员梳理了哈勃太空望远镜和凯克天文台(位于美国夏威夷)的数据，以找到与x光信息相匹配的星系。该论文的第一作者迈克尔·科斯(Michael Koss)说，凯克天文台可以通过使用一种被称为“自适应光学”的技术，并通过计算机控制可变形镜面来使恒星图像更清晰，“从而大大提高分辨率”。

科斯是加州奥克兰尤里卡科技公司的天体物理学家。他说:“这相当于从20/200视力(相当于我们所说的视力0.1)，即法律意义上的失明，转变为20/20视力(视力1.0)，这样我们就能看到令人难以置信的星系细节。”

总之，研究人员分析了凯克天文台观测到的96个星系和哈勃望远镜观测到的385个星系的数据。所有这些星系与地球之间的平均距离为3.3亿光年，在宇宙尺度上相对较近。许多星系的大小与银河系相似。

研究人员发现，超过17%的这些星系在中心有一对黑洞，这表明它们处于星系合并的晚期。这些发现与研究人员的计算机模拟结果相一致，计算机模拟显示隐藏在富含气体和尘埃的星系中的活跃黑洞是许多超大质量黑洞合并的原因。

“星系合并可能是黑洞成长的重要方式，”科斯说。我们的银河系目前正在与邻近的仙女座星系融合，位于两个星系核心的超大质量黑洞最终会碰撞并融合在一起。“目前，两个星系之间有数百万光年的距离，但是我们(银河系)正以每小时40万公里的速度向仙女座星系移动，”科斯说60亿年后，银河系或仙女座星系将不复存在，只剩下一个更大的星系。"

对于隐藏在气体和尘埃后面的合并星系，更清晰的观察可能来自美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜。这是一架红外太空望远镜，预计将于2021年发射。下一代地面望远镜，如30米望远镜、欧洲超大型望远镜和巨型麦哲伦望远镜，也将通过活跃的光学系统为我们带来更精细的星系图像。研究人员称，詹姆斯·韦伯太空望远镜还应该能够测量我们附近超大质量黑洞的质量、增长率和其他物理特征。

这项研究的结果发表在11月7日的《自然》杂志上。

哈勃太空望远镜图像中的M90星系。该星系距离银河系约6000万光年，但与大多数星系不同，它离我们越来越近。

梅西尔天体M75(球状星团)，位于人马座，距离地球约67500光年

据国外媒体报道，哈勃太空望远镜拍摄的最新照片描绘了M90星系(Messier 90)，一个位于处女座的螺旋星系，距离银河系约6000万光年。与大多数星系不同，这个星系离我们越来越近。

这张照片本身令人难以置信，但更令人着迷的是天文学家在拍摄这张照片时发现的信息。根据哈勃太空望远镜小组的声明，M90星系是少数向银河系移动的星系之一。通过观察M90发出的光，科学家们得出结论，银河系离我们越来越近了。

研究人员在一份声明中说:“当星系靠近我们时，它会压缩它发出的光的波长。它就像一个玩具弹簧。当你挤压一端时，它就会被压扁。”在可见光谱中，较短的波长呈现蓝色。因此，从我们的角度来看，M90星系的光被压缩，显示出一种叫做“蓝移”的现象，这表明M90正在接近我们。

哈勃小组的声明指出，随着宇宙的膨胀，几乎所有我们能观察到的星系都在远离我们。我们看到这些星系的光向可见光谱的红色端延伸，这种现象称为红移。

M90星系是室女座星系团的一部分，室女座星系团由1200多个星系组成。天文学家说M90星系的蓝移可能是由于室女座星系团的惊人质量。在它的作用下，星系团中的星系将加速并被送往奇怪的轨道。哈勃小组的声明称，随着时间的推移，这些奇怪的轨道会使星系有时靠近地球，有时远离地球。

研究人员说处女座星系团本身正在远离我们，但是星系团中的一些星系，包括M90，比整个星系团移动得更快。因此，从地球的角度来看，这些星系正在向我们移动，尽管同一个星系团中的其他星系似乎正在高速远离我们。

这张哈勃太空望远镜M90星系图像结合了红外线、紫外线和可见光。由于拍摄这张照片的相机由四个视场重叠的光电探测器组成，其中一个的放大倍数高于另外三个，所以在这张照片的左上角有一个阶梯形的黑色区域。

更混乱的物体

M90星系是法国天文学家查尔斯·梅西耶在1781年发现的。梅西耶最著名的成就是创建了一个深空天体的天文列表，对星云、星团和星系进行了编号，即著名的“梅西耶星团星云列表”(Cataloges des nébuleus et des amas d toiles)。

梅西耶本人只对发现彗星感兴趣，但他总是发现容易被误认为彗星的固定天体，但他找不到真正的彗星。对此感到沮丧的他和他的助手皮埃尔·马山创建了一个非彗星物体的列表来区分容易与彗星混淆的固定物体。这是后来的“混乱星团星云列表”。这是天文学中最常用和最重要的天体之一，也是第一份详细和准确的恒星目录。到目前为止，名单上的天体被专业和业余天文学家称为“更混乱的天体”，它们的代码(从M1到M110)在天文学中仍被广泛使用，包括由M31代表的仙女座星系。

更混乱的星团星云列表包括了几乎所有在欧洲可以观测到的最壮观的5个深空天体，即弥散星云、行星星云、疏散星团、球状星团和星系。它们是最明亮、最有吸引力的深空天体，也是当今业余天文学家的研究和射击目标。

蓝移和红移

在物理学中，红移指的是由于某种原因，电磁辐射的波长增加而频率降低的现象。在可见光波段，光谱的谱线向红光端移动一段距离。相反，如果电磁辐射的波长缩短，频率增加，这就叫做蓝移。科学家在遥远的星系、类星体和星系间气体云的光谱中观察到红移——称为“宇宙红移”——红移与距离成正比，这为宇宙膨胀的观点(如大爆炸宇宙模型)提供了强有力的支持。

红移的另一种形式是引力红移，这是电磁辐射远离引力场传播时观察到的相对论效应。另一方面，当电磁辐射在引力场附近传播时，会观察到引力蓝移，波长变短，频率变高。天文学家也观察到许多蓝移，例如仙女座星系向银河系移动。从地球的角度来看，星系发出的光有蓝移。当观察螺旋星系时，它们的旋臂在接近地球的一端呈蓝色移动。(任天)

74．星系的空间分布

星系在天球上的分布远不是均匀的。表观观测上它们大多数分布在高银纬的天区，在银道附近几乎看不到它们的踪影，故此天区有隐带之称。其实，在隐带方向并非不存在星系，只不过是银河系内集聚在银道面附近的星际尘埃把它们遮住了。

用统计方法分析星系的分布，发现它们有集结成大小不同的系统的倾向。孤立的星系只是极少数，多数星系是双重星系和多重星系的成员。多重星系由几个彼此靠近，有物理联系的星系组成。比多重星系更大的系统有星系群，星系团和超星系团。

星系群由 10 个至几十个星系组成，结构较松散。据对银河系周围 31 兆秒差距范围以内的统计，大约有 54 个星系群。其直径介于 0.3～2.5 兆秒差距之间，其中心之间的平均距离为 7 兆秒差距。星系群的形状颇不规则，每一个星系群内大质量的主要星系一般是旋涡星系。比星系群更大的系统是星系团，它是由几百或几千个星系组成的，其平均直径为几兆秒差距；超星系团是现在已知的最大的星系系统，也是宇宙中迄今已知的最大的物质成团结构。超星系团的成员星系团数最少为 2～3 个，一般在 5～10 个之间。已发现的 50 个超星系团的成员数大多为 10 个或 11 个，最大的拥有 29 个成员星系。超星系团的平均直径为 2×108 光年，总质量高达 1015～1017M。观测表明，星系团有沿长条形链排列的倾向，而为数众多的星系则作片状分布，于是我们得到所谓的宇宙的分格结构：在尺度为 3×108 光年数量级的立体格子内部没有或只有很少星系，大量的星系位于格面上，沿格棱的星系数目增多，在格子顶点处星系更为密集。

我们的银河系也不是一个孤立的星系，它跟南天的大、小麦哲伦云一起组成了三重星系，而它们又同属一个星系群，称本星系群，其成员都是银河系的近邻。本超星系团是一个长径为 108 光年，厚度为 6×106 光年的扁平状天体系统。

宇宙在小于超星系团的尺度内是有结构从而也就是不均匀的；但在更大尺度的空间里，星系的分布才呈现出均匀性和各向同性。

75．关于星系团

星系团是天文学研究中的一个十分重要的层次。对于它的研究不仅能揭示星系团的整体及单个成员的天体物理性质，而且对星系和宇宙学的研究也有重大影响。因此，多年来它一直是天文学和天体物理学研究中的重要课题之一。主要研究内容包括星系团表、星系团成员的确定、光度函数、质量和动力学问题。

由于在各种差别相当大的角径范围内都有星系成团的现象发生，而团成员的星系数目相差也很大，因此很难对星系团给出一个唯一明确的定义。通常的研究者只能按星系团表。各种星系团表制订所依据的共同原则是：星系团是一个星系密度比较高的区域，如果某天区内星系的平均面密度为δO，而星系团区的面密度为δ，则＜δ/δO＞≥N，要求 N 为大于一的数。此外还有下面三个原则：（1）规定一个线度或角度范围，以防止垦系多重系误为星系团；（2）规定一个星等范围，以排除大量暗星系；（3）规定一个红移或距离范围，以保证所选定的对象确在一个有限的三维空间范围。目前被应用得最广泛的星系团表是 Abell 和 Zwicky 星系团表。

在星系团的研究中一个十分重要但至今尚未解决的问题是星系团的质量短缺问题。团的总质量可由维里定理，或由团内星系的观测空间分布及速度分布与理论模型的比较，以及由团际引潮力作用来求得。这三种方法所得的结果是比较一致的。由此确定星系团的质量一般都在 105M 量级。而按星系团的质光比的分析表明，星系发光部分的质量仅占团总质量的 10％。从 X 射线观测也表明团中热气体的质量仅占总质量的 10％左右，这就出现了质量短缺问题。这个问题和整个宇宙中的质量短缺问题是一致的。它显示宇宙中大量的暗物质的存在。

一般认为暗物质并不束缚在团星系中，这是因为星系的两体弛豫作用正比于星系质量，如果短缺质量束缚于单个星系中并与它们的亮度成正比，则质量分层效应将非常显著，而观测中并未发现此类现象。推测这种短缺质量可能以连续占据整个团空间的形式存在，但其分布是与团中星系的分布是相类似的。

76．星系际物质和宇宙巨洞

存在于星系与星系间的气体和尘埃称为星系际物质。它们有的聚集于两个相互邻近的星系之间，构成星系之间的物质桥；有的位于星系团内，成为星系团暗物质的一部分。有的更位于星系团之间，形成星系团际物质。星系际物质的气体成分可能是中性气体，也可能是电离气体。星系际物质也和星际物质一样具有消光效应。在一些星系际物质较密集的地方也可能形成星系际暗云。目前已发现几个可能是星系际暗云的天区。星系际物质的研究与宇宙学和星系演化的研究有极密切的关系。宇宙的总质量密度对宇宙演化的最后结局有直接的影响，而星系际物质对宇宙的总物质密度的贡献是不容忽略的。在星系的演化中，一些激扰星系可以抛出物质进入星系际空间，形成星系际物质。星系际物质也可能被正常星系吸收，或形成新的星系。星系际物质的平均密度约为 2×10-34 克／厘米 3（在一般空间）到 5×10-30 克／厘米 3 （在星系团中心附近）之间。

另一方面，由星系团形成超星系团时，其形状和尺度大小就更不确定了。它和我们所划分的其他各类团如太阳系、银河系或其他星系及星系团不同，它们都是孤立在宇宙空间的体系，即物质集中在中心区域附近，周围是空的空间。而超星系团间是分不清的，物质分布是网状的，周围空间反被这些“网”包围成一个一个的“洞”了，天文学家称之为空洞或称宇宙巨洞。

早期的星系

艺术家对可观测宇宙的对数尺度概念图。星系让位于外围的大尺度结构，以及大爆炸产生的热而稠密的等离子体。这个“边缘”只是时间上的边缘。

今天，我们看到的宇宙是大爆炸发生138亿年后的样子。我们看到的大多数星系聚集在一起，形成星系群（如本星系群）和星系团（如室女座星系团），它们被所谓的“空洞”分隔开来。这些星系群中既有螺旋星系，也有椭圆星系，其中类似银河系的典型星系平均每年可以形成1颗像太阳一样的新恒星。

此外，宇宙中的常规物质主要由氢和氦组成，但还有大约1%到2%的常规物质由周期表中的重元素组成，使得像地球这样的岩石行星得以形成，并产生复杂的，甚至有机的化学反应。尽管星系之间有很多差别，比如一些星系十分活跃，恒星不断形成；一些星系具有活跃的黑洞，而另一些却几十亿年都没有任何新的恒星形成，不一而足，但通常而言，我们所看到的星系都十分庞大，经过了漫长的演变而聚集在一起。

宇宙大尺度结构的演化，从早期的均匀状态到我们今天所知的聚集成团的宇宙。如果改变现今宇宙所拥有的物质，那么暗物质的种类和数量将会组成一个完全不同的宇宙。请注意这样一个事实：在所有情况下，小规模结构都出现在早期，而大规模结构直到很久以后才出现。

然而，如果我们向更远的宇宙望去，也就是回望更早的宇宙，就会看到宇宙是如何成长成现在这样的。在更远的宇宙中，我们会发现星系团的规模稍微小一些，也稍微均匀一些，尤其是在更大的尺度上。我们会看到星系的质量更低，演变特征也更少，螺旋星系更多，椭圆星系更少。平均而言，这些星系中蓝色恒星的比例更大，其过往的恒星形成率也更高。尽管星系之间的空间变小，但早期星系群和星系团的整体质量也变小了。

在这幅宇宙的图景中，今天的星系是由规模更小、质量更低的星系在宇宙的时间尺度上合并而成的，并逐渐发展成为宇宙中最庞大的结构之一。与如今的星系相比，早期宇宙中星系的特点包括以下几个方面：

•规模较小；

•质量较低；

•聚集得更加紧密；

•数量更多；

•呈现蓝色；

•含有更多气体；

•恒星形成速率较高；

•重元素的比例较少。

可以与现在的银河系相媲美的星系有很多，但与现今看到的星系相比，与银河系相似的更年轻的星系本质上更小、更蓝、更混乱、气体更丰富。对于第一批星系来说，这种效应非常极端。在我们所能观测到的宇宙中，星系就遵循着这些规则。

椭圆星系

椭圆星系是河外星系的一种，呈圆球型或椭球型。中心区最亮，亮度向边缘递减，对距离较近的，用大型望远镜望远镜可以分辨出外围的成员恒星。

椭圆星系根据哈勃分类，按其椭率大小分为 E0、E1、E2、E3、 、E7 共八个次型，E0 型是圆星系， E7 是最扁的椭圆星系。同一类型的河外星系，质量差别很大，有巨型和矮型之分，其中以椭圆星系的质量差别最大。

质量最小的矮椭圆星系和球状星团相当，而质量最大的超巨型椭圆星系可能是宇宙中最大的恒星系统，质量范围约为太阳的千万倍到百万亿倍，光度幅度范围从绝对星等—9 等到—23 等。

椭圆星系质量光度比约为 50~100，而旋涡星系的质光比约为 2~15。这表明椭圆星系的产能效率远远低于旋涡星系。椭圆星系的直径范围是 1~150 千秒差距。总光谱型为 K 型，是红巨星的光谱特征。颜色比旋涡星系红，说明年轻的成员星没有旋涡星系里的多，由星族 II 天体组成，没有或仅有少量星际气体和星际尘埃，椭圆星系中没有典型的星族 I 天体蓝巨星。

像 M87 那样的天体（前不久 HST 在其中发现存在大黑洞的证据），在距离地球几百万光年之外还有很多。它们远离我们银河系的周围，因而是不属于银河系的天体，完完全全是独立的星系。

有趣的是，只是在近代，天文学家才知道在银河系之外还存在着其他星系。过去的天文学家们对我们今天知道是星系的天体，他们认为是气体云，叫做星云。认为这些星云位于银河系的边界以内。通过望远镜可以看到这些朦朦胧胧、形态和大小各异的星云散布在整个天空。

直到本世纪 20 年代，年轻的天文学家哈勃测定出这些“星云”的距离时，才证明它们不可能是我们星系领域内的天体。在两次世界大战之间，哈勃利用威尔逊山上的胡克望远镜测定并绘制出许多这类星云在天空的位置。在计算它们距离我们多远时，哈勃应用了叫做造父变星的技术。

造父变星具有在天文测量领域内所希望的特性，它们的光输出量周期性地增减，其变化率与它们的绝对亮度有关。测量其光变周期，便可计算出一颗造父变星的绝对亮度。然后将它的绝对亮度与视亮度做比较便可得出它距离我们有多远。因此，在天文学上常称造父变星为“标准烛光”；它们的可预见的光输出量使得它们成为出色的距离指示器。

打个比喻，我们可以想像站在一条长通风回廊的一头，回廊里排列着许多闪烁的火把——每个火把发出同量的光。突然间，所有火把，除一个外，被一阵风刮灭了。将剩下的唯一火把的亮度与众火把的标准亮度相比较，便可计算出这个仍在燃烧的火把的距离。同理，天文学家用造父变星的亮度来测定它们的距离。

哈勃将造父变星方法应用到那时称做仙女座大星云的一个旋涡状天体。1924 年，他在该星云中发现了一打造父变星，并利用这些变星的光变特性测定它们的距离。其结果是，仙女座大星云距离我们约为 100 万光年，

10  倍于我们银河系的直径。这样，哈勃就证明了仙女座大星云必定比过去所认为的远得多，从而也大得多。重新估算它的大小，哈勃计算出它具有星系般的尺寸。由于哈勃的工作，我们将仙女座大星云考虑为离我们最近的在大小和外形都和我们银河系一样的星系。

还有许多比仙女座大星云为小，但却距我们较近的小星系。长期以来，我们便相信有两个分别叫做大、小麦哲伦云的结构是最靠近银河系的“岛宇宙”。大麦哲伦云，两个中较近的一个，是一个小的不规则星系，距离我们约 17 万光年。它和小麦哲伦云都是我们的卫星系，由于引力作用被银河系束缚住，犹如狗被皮带缚住一样。

1994 年，剑桥大学的天文学家伊巴塔（Rodrigo Ibata）、欧文（Mike Irwin）和吉尔摩（Gerry Gilmore）用在澳大利亚的施密特望远镜发现了一个比麦哲伦云还要近的小星系。因其位于人马星座，故被称为人马座矮

星系，距银河系中心只有 5 万光年。由于它靠我们太近，正在向银河系下落并将在几亿年内被银河系吞食掉。

这一近邻星系为什么不能较早地被发现呢？由于此矮星系对太阳系而言位于我们银河系核球的另一侧，在核球中存在着大量的极大质量的恒星，它们隐藏在厚厚的星际尘埃和气体的迷雾内。因此，位于这一拥挤天区那一边的任何天体就很难被发现了。

为了分辨出这个新的小星系，科学家们在望远镜的终端安装了多通道光纤摄谱仪。该仪器可通过测量远方恒星光谱线的频率位移（频移属多普勒效应，在第六章中我们将讨论这个效应）来确定这些恒星的视向速度（离开地球远去的速度）。

剑桥小组用上述装置测定了银河系核球内 100 多万颗恒星的速度。在这些恒星中，一群约 100 颗星看来它们的运动是一致的。加之，这同一群星显得具有同样的基本组成，天文学家们从这些数据得出结论，认为它们不属于银河系，而是一个新的星系——人马座矮星系中的星。

我们已经提到过一些不同类型的星系：旋涡的、不规则的

在宇宙学中，暗物质指的是不能通过电磁波观测来研究的物质，即不与电磁力相互作用的物质。据估计，整个宇宙的大约三分之一是暗物质。暗物质的探测已经成为粒子物理学和天体物理学中最热门的领域之一，但是科学家们一直在努力寻找暗物质存在的确切证据。现在，在美国宇航局钱德拉X射线天文台的帮助下，天文学家认为他们已经发现了新的线索，可以帮助解开这些失踪物质的神秘面纱。

“如果我们找到这种缺失的材料，我们就能解决天体物理学中最大的问题之一，”该研究的主要作者、哈佛-史密森天体物理学中心的博士生奥索利亚·科瓦奇在美国宇航局的一份声明中说。"宇宙物质构成了恒星、行星和我们，那么多物质藏在哪里呢？"

尽管暗物质是目前解释各种星系和星系团观测结果的最热门理论，但科学家们仍然没有暗物质的直接观测证据。科瓦奇和她的同事想探索一个流行的理论:暗物质隐藏在充满星系际空间的纤维结构中。这些纤维是由温暖的气体组成的，通常很难研究，因为当望远镜调整我们眼睛能看到的光线时，它们就不能记录这些结构。

因此，研究人员想出了一个解决方案。他们将钱德拉X射线天文台对准了一个名为H1821+643的类星体。类星体可以产生强烈的X射线信号。研究人员推测，如果暗物质真的隐藏在星际纤维结构中，那么类星体的X射线信号可能会受到干扰，这样它们就可以追溯并比较预期结果和观测结果。

研究人员还特别调整了搜索方法。基于观察到的特定类星体，他们逐渐确定了最能显示纤维结构效应的特定X射线波长。这意味着他们实际上可以用类星体的X射线作为工具，而不是被极度明亮的射线淹没。

“我们的技术在原理上类似于如何在广阔的非洲平原上有效搜索动物，”哈佛-史密森尼天体物理中心的天体物理学家、该研究的合著者阿科斯·波格丹一世说。"我们知道动物需要水，所以先在水坑周围搜索是非常可靠的."

研究小组使用这种有针对性的方法来识别17种纤维结构，并计算出隐藏在这些纤维中的实际质量。结果表明暗物质确实隐藏在这个宇宙中。详细的结果发表在2月13日的《天体物理学杂志》上。

钱德拉x射线天文台

钱德拉X射线天文台(CXO)是美国宇航局于1999年发射的一颗X射线天文卫星，以印第安裔美国物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡的名字命名。

作为大型轨道天文台计划的第三颗卫星，钱德拉X射线天文台主要用于观测天体的X射线辐射。它具有极高的空间分辨率和光谱分辨率，被认为是X射线天文学中的标志性空间望远镜，标志着X射线天文学从光度时代进入光谱时代。

1999年7月23日，哥伦比亚号航天飞机发射了钱德拉X射线天文台，其轨道为椭圆形，近地点为10，000公里，远地点为140，000公里，轨道周期为64小时。目前，这颗天文卫星由哈佛-史密森天体物理中心控制和运营。

钱德拉X射线天文台取得的主要成就包括:在雪茄星系(M82)发现了中等质量黑洞的证据，在伽马射线爆发GRB 991216中发现了X射线发射，在银河系中心观察到了来自超大质量黑洞人马座A的X射线辐射，以及当物质从原恒星盘落入恒星时的X射线等。

71．天体中的丑小鸭——蝎虎天体的发现

在星系中活动现象种类繁多，其中有一类称为活动星系核的引起了天文学家的广泛兴趣，成为当前天体物理最活跃的领域。

蝎虎座 BLLac 早就知道是一颗亮度变化的“恒星”而被列入了变星表。虽然它是一颗极不规则的变星，增亮、变暗没有明显的规律。但不规则的变星实在太多，因此也并不引人注目。1968 年，施米特注意到有一个射电源与之在同一位置。这才引起光谱天文学家的兴趣，他们把望远镜对准了这颗“射电星”，想看看它有甚么样的光谱。出人意外的而有点令人失望的是，它的光谱竟然没有什么结构。既没有发射线，也没有大部分恒星光谱中出现的那些吸收线，虽然有几颗白矮星的光谱也没有什么结构，但它们亮度并不变化。后来人们又发现了另外有四个天体，也都同 BLLac 类似。

1974 年，有一些人开始注意到 BLLac 并不完全像一颗恒星，在它中心点源周围有些模模糊糊的绒毛状东西。但当人们挡住核心部分来的光线，并对绒毛状天体作光谱，结果发现，它是一个正常椭圆星系的光谱，有两条吸收线，红移为 0.07。按哈勃定律所确立的距离尺标，BLLac 离开我们竟有 420 万秒差距。

由 BLLac 的距离，可以得到它的核最亮时的光度为 1046 耳格／秒。这个曾被认作是我们银河系里的一颗暗弱变星的天体，实际上却是一个辐射功率比太阳大数亿倍的非常遥远的星系。真像安徒生童话里的“丑小鸭”。不过，如果按质量或大小而言，天鹅和野鸭之间不过是成倍的变化，而这里确是亿倍甚至更大的变化。要证实这个结论当然不能只作一次观测就算了。天文学家作了大量的反复观测认证了这个结果。后来在其他一些 BLLac 天体上也发现相同性质的情况。这说明天文学家在这里发现的是整个一类具有共同特性的天体，因此，把蝎虎座 BL 型天体看着核非常亮的星系是正确的。

蝎虎座 BL 型天体的光变几乎都很剧烈，在几个月左右光变可达 10 倍之多。有些蝎虎座 BL 型天体相当亮，用中小望远镜就可以观测到它的光变。像这样的光变需要逐夜地监视。大望远镜通常被用于观测一些更吸引天文学家的一些暗源。因此，对 BL 型天体的光变的长期监测正好是中小望远镜发挥作用的地方。我国天文学家云南天文台的谢光中正是利用了云南天文台的一米望远镜，观测到了很多 BLLac 天体的短时标光变（光变周期为几天，几小时，甚至几十分钟）的这类天体，为进一步认识 BLLac 天体的本质及其在宇宙学中的意义做了很多好工作。

72．赛福特星系的发现

1943 年美国天文学家赛福特发现了六个旋涡星系光谱中有异常的发射线，大量观测表明了它们是一类特殊的天体，现称为赛福特星系，至今已观测到了一百多个。

赛福特星系有一个很亮的核。通常用照相观测时，一分钟的曝光就足以显示出核，但要显示出基底星系却需要曝光十分钟。因此，在短时间曝光的底片上赛福特星系易被误认为是恒星。

属于赛福特次型的 N 型星系的光谱中有一系列的发射线，其中至少有一部分发射线很宽。按其发射线的宽度，赛福特星系又可分成两个次型：

（1）Ⅰ型：氢的巴耳末线很宽，其他元素的谱线较窄。

（2）Ⅱ型：氢的巴耳末线与其他元素的谱线差不多宽，但比Ⅰ型的巴耳末线窄。

宽发射线表明，产生这些线的气体云以很快的速度作无规则运动。当产生发射线的那些光子离开气体云时，其中那些朝向我们运动的云产生的光子向蓝端移动，而远离我们运动的云产生的光子则向红端移动，结果便形成了一条展宽了的发射线。天文学家正好利用他们所观测到的发射线的平均宽度来估计气体云的随机运动速度。Ⅰ型赛福特星系的巴耳末线的平均宽度等价于 3400 千米／秒的速度。而Ⅱ型的所有谱线以及Ⅰ型中除氢谱线外的其他谱线宽度跟速度 500～1000 千米／秒相当。

理论上说，赛福特星系的巴耳末发射线是氢离子与电子复合时经过由较高能态逐渐向较低能态跃迁直至到基态的级联跃迁产生的。很宽的巴耳末线在星系核内形成，那里的电离气体的质量应为 10～1000M⊙的量级。密度1013～1015 个离子／米 3；窄的发射线大概由核周围密度和速度均较低的气体产生。致使气体电离并获得高速度的能源还不清楚，应在星系核内，1000 千米／秒量级的速度很可能是由激烈的爆发引起。

赛福特星系从射电到光学波段的连续辐射谱不单纯是由大量恒星光谱的复合。分析表明，射电辐射具有非热的同步加速辐射的性质；红外辐射大部分来自被星系核的光学和紫外辐射加热的尘埃的再辐射，一小部分可能是同步加速辐射的贡献；在光学波段连续谱主要是恒星热辐射谱的复合，但也有非热辐成分。连续辐射的总功率为 1037～1038 瓦，约相当于 1011L。这类星系的亮度常有不大的变化，变化时标从一个月到一年，当连续谱发生变化时，发射线却保持不变。这表示产生非热连续辐射的区域比产生发射线的区域要小得多。

从上面的一段叙述读者可以进一步体会天文学家如何利用他所取得的关于天体的“乐曲节奏”去猜测天体内部的深情。

73．类星体的发现和数以千计的类星体的启示

自 1947 年第一次在天空发现了射电源之后，射电天文学便表现突飞猛进的形势。不久这类天体就数以千计地被发现。射电天文学家当时的一个努力目标是，将已观测到的那些射电源和用光学观测到的天体加以对应的证认。最初由于射电望远镜的分辨本领差，而可对应的光学天体又很暗弱，在其可能达到的精度范围内，一个射电源有不少暗星可能作为它的对应目标。射电阵的出现，使射电源的方位测定有了很大的改进，证认工作日趋完善。以致方位经过精密测定的射电源，其中 80％以上都可以和帕洛马山五米口径望远镜所拍照的暗弱天体相对应。射电天文观测技术的改进，为人们在宇宙里开辟了许多新的境界，但最奇特而又没预料到的，是“类星体”的发现。这些遥远的天体表现在照片上，一般是 16 至 18 等的蓝色小星点，但是经过研究后才明白，它们是宇宙中发射能量最多的天体。比正常星系小得多，但却明亮一百多倍。它们发光的寿命可能很短暂，而且亮度有不规则的变化。它们物理性质的极端情况，是以前没遇见过的。

类星体的观测须用灵敏度很高的射电望远镜。它们的方位和强度已经发表在几个射电星表内，最完善的一个是《剑桥射电源第三星表》（简称 3C 表，后又修订为 4C 表），表的制订者用了很多巧妙的方法，使大量射电源有很精确的方位。它给天文学家以极大方便，可在这些区域的照片上对这些射电源加以光学的证认。

所谓类星体并不是和一般正常星系对应的射电源。天文学家发现的第一个类星体是 3C48，在照片上它是一颗微弱的星点（16.2 等），周围有一点儿暗淡的星云气，因而绝不像是一个星系。它的光谱有很特殊的性质：在很强的连续背景上，重合有几条强而宽的发射谱线。由光度观测得知，这个类星体的颜色异常之蓝，发射大量的紫外波。这光谱与爆后的新星的光谱相似，但与正常恒星的光谱大不相同。天文学家想尽了办法试图分解类星体的组织成分，但没有得到成功。

面对拍得的 3C48 的光谱，天文学家起初没有办法去证认其中的谱线。后来有人想到，如果认为 3C48 的谱线有很大的红移，便可以使它和行星状星云的谱线对应起来。进一步研究发现 3C49 的谱线的红移值达 0.357。证认方法一旦确定后，天文学家很快就找出几十个这样的天体。迄今为止已有七千多个类星体列入星表。我国天文学家何香涛教授和黄克谅教授都有一套识别类星体的好方法。他们在类星体的观测证认中做出了较大贡献。

类星体的一个重要和十分显著的特征是它们有特别大的红移量。而且在不同红移段的相同的红移间隔中所据有的类星体数目的多少显示出了某种周期性。早在 1969 年前伯比奇等就利用当时观测到的 151 个类星体得到了类星体计数的每个相对丰值所对应的红移值 z 满足关系：

ln（1＋z）＝0.205n＋B

其中 n 为自然数，B 为一常数，它与所选的样品有关。到 1980 年类星体已观测到了 1549 个，而这个关系仍然成立。这是一个使天文学家十分棘手的问题。1980 年底，中国科学技术大学研究生院的刘永镇教授和本书作者提出了宇宙密度扰动波的概念，我们认为，在宇宙演化到氢原子复合前夕，临界稳定性附近的物质密度扰动有可能引起有观测意义的宇宙的物质密度扰动波。形象地说，一个巨大的扰动形成一个在整个宇宙内传播的声波。由于这是宇宙演化过程中星系形成的时期。因此，如果星系是在宇宙密度扰动波的背景下形成的，那么周期变化的波腹和波谷自然地给出了物质密度（从而也就是天体的数目）的周期变化。利用标准宇宙模型可得到与观测一致的结果。这个工作不仅解释了上述的棘手问题，还提出了研究宇宙大尺度结构的有效方法。后来方励之和日本天文学家佐藤文隆利用宇宙的多连通性来解释类星体计数的多周期现象。他们认为，如果宇宙在拓朴结构上是多连通的，则一个光源发出的光可能通过几条光程不同的测地线传到观测者，于是，同一个天体可观测到红移不同的几个“鬼像”。而类星体的红移和计数间的关系恰好是宇宙多连通性的观测证据。他们发表在中国的《天文学报》上的文章获得 1985 年度的国际引力学会颁发的引力奖的一等奖。中国科学技术大学的褚耀泉教授和朱杏芬教授等在类星体红移计数的周期性问题方面做了大量的工作。

类星体的吸收线是类星体光谱的一个十分突出的特征。几乎所有类星体的光谱中都有裂缝，这表示在这些波长处发出的光子要少一些。几乎在所有情况下类星体光谱中的红移总是小于发射线红移（有很少情况略大于发射线红移）。除与发射线红移相差不大的吸收线可能产生与类星体自身周围的气体云外，所有的吸收线产生于类星体与地球间的插入气体云。因此，类星体吸收线的研究将提供星系际介质的重要信息。关于类星体吸收线的 Hα—森林的研究，北京天文台的陈建生院士、邹振隆教授和卞毓麟教授等做过很多好工作。

说到“星爆星系”，若不是很了解天文学的朋友可能并不知道它。那么，星爆星系呢?星爆星系是指在比较星系的恒星形成速率时，其形成速率比大多数的星系都要高出许多的一种星系。目前，天文学家最新观测到一个“超级星爆星系”，而且“超级星爆星系”每年诞生4500颗恒星。

目前，天文学家最新观测显示，一个遥远星系每年“大量生产”恒星，预计每年可形成4500颗太阳质量的恒星，它被命名为SPT0346-52。相比之下，银河系每年形成一颗太阳大小的恒星，而距离地球127亿光年之遥的SPT0346-52星系能够每年形成4500颗太阳质量的恒星，科学家对该现象迷惑不解。天文学家希望进一步研究这个星系，从而理解这样的星系在中心黑洞未吞噬其质量的情况下，为什么变得更大，以及如何和其它星系聚集在一起。

美国佛罗里达大学研究人员通过观测127亿光年之遥的太空区域，发现了这个星系，这个星系形成时宇宙诞生不足10亿年。这个星系释放明亮光线，暗示着它每年形成大量的恒星。研究报告合著作者、佛罗里达大学安东尼-冈萨雷斯说：“天文学家称形成大量恒星的星系是‘星爆星系’，天文学家将其称为‘超级星爆星系’。”

智利阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)显示该星系释放极端明亮红外线辐射。这表明SPT0346-52星系如果不是处于大量恒星诞生过程，就是气体落入黑洞中心，制造出大量热量。超大质量黑洞是星系中心超级密集区域，其质量相当于太阳的数十亿倍。许多大型星系中心区域存在超大质量黑洞，它们强烈的引力牵引促使恒星能够在星系中正常运行。

最新天文观测发现一颗神秘“高产星系”，每年可以形成大约4500颗太阳大小的恒星。

为了计算分析这一现象，研究人员使用钱德拉X射线望远镜和澳大利亚联邦科工组织(CSIRO)澳大利亚射电望远镜紧密阵列进行观测，但是他们并未探测到X射线或者射电波，因此可以排除黑洞制造多数明亮红外光线的可能性。研究负责人、佛罗里达大学马金哲说：“目前我们知道该星系并不存在一个吞噬性的黑洞，但却闪烁着来自新生恒星的明亮光线，这将为我们提供重要信息，揭晓宇宙最早期星系和恒星如何进化。”

天文学家希望通过研究类似SPT0346-52的星系，能够更多地掌握大质量星系和中心超大质量黑洞如何形成和成长。研究人员称：“通过这项研究，我们或将掌握该星系的详细结构信息，理解何种因素导致恒星形成，以及如何影响黑洞生长。”

在已发现的太阳系以外星系中可能有多个类行星适合生命

英国天文学家最新研究认为，在目前已发现的太阳系以外星系中，可能有二十分之一拥有类似地球的行星。这些行星很可能存在支持生命的条件。

据最新一期《新科学家》杂志介绍，20 世纪 90 年代中期以来，天文学家们在太阳系之外陆续发现了 105 个星系。这些星系中的行星不能用望远镜直接观察，但可以通过一些间接方法探测。天文学家介绍说，当行星足够大而且距离所在星系中的恒星较近时，引力会使得恒星产生十分微弱的摇晃，从地球可以探测到遥远恒星的这一“小动作”，从而证明行星的存在。

天文学家认为，适合已知生命形式的行星应该是一颗岩石行星。它位于一个温度适宜的区域内，既不太热也不太冷。英国开放大学巴里·琼斯教授认为，宇宙中这样的行星，数量可能比人们通常认为的多。他在英国皇家天文学会会议上报告说：“到目前为止，我们发现的都是像木星一样不大可能有生命存在的行星。但我们预测，在可居住区域内会有一些较小型的岩石世界，在那里水是以液态形式存在的。”

琼斯领导的研究小组用计算机模拟了 9 个类似太阳系的星系，然后将虚拟的岩石行星放置到模拟太阳系中。这些虚拟行星的质量从地球的十分之一到十倍大小不等。研究人员观察了这些虚拟太阳系的运转情况。结果发现，在这些模拟太阳系中，虽然某些可居住的行星由于受到巨型行星的引力作用会被推出轨道，但仍有近一半的行星可以安然运行。

琼斯认为，至少有 10%的太阳系外星系中有行星。模拟结果显示，其中又有约一半的星系在温度适宜区域内能够支持岩石行星。这就意味着，大概有二十分之一的星系中可能有支持生命的条件，宇宙中很可能有丰富的生命资源。

自从第一次发现太阳系外行星系统以来，科学家们就一直在探寻是否有生命存在。今后，地球上架设的各种天文望远镜精度不断提高，将能够直接探测到这些行星，并查明行星的大气层是否有生命存在的迹象。

据外国媒体BGR报道，美国宇航局的哈勃太空望远镜最近拍摄到了两个大型星系相互碰撞的美丽场景。两个星系之间的距离非常近。美国宇航局描述了我们在图像中看到的:

NGC 6052位于大约2.3亿光年之外的一对碰撞星系“大力神”中。威廉·赫歇尔于1784年首次发现了它们。由于它们奇特的形状，它们最初被归类为单一的不规则星系。然而，我们现在知道NGC 6052实际上是由两个碰撞过程中的星系组成的。

星系碰撞时会发生许多有趣的事情，其中最重要的是恒星和行星不可预测的未来。星系中的恒星可能会被强大的引力拖走并抛向太空。

美国国家航空航天局在一篇新的博客文章中解释说，显示组成星系的恒星和行星通常有很高的综合存活率。恒星之间的实际碰撞非常罕见，因为恒星之间通常有足够的距离(大多数星系是空的)。最终，星系会完全融合，形成一个稳定的单一星系。

我们自己的银河系将来也会和我们最近的邻居仙女座星系发生类似的碰撞。然而，这次碰撞预计需要大约40亿年。

在我们的眼中，地球是非常大的，容纳了我们这么多人类 ，不过地球在整个宇宙中却是一个很小很平凡的星球，那么，你知道地球属于哪个星系吗?

地球是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排为第三颗 ，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星，距离太阳1.5亿公里 。地球是两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭圆球体。地球表面面积有5.1亿平方公里 ，其中71%为海洋，29%为陆地，在太空上看地球呈蓝色 。地球内部有核、幔、壳结构，地球外部有水圈、大气圈以及磁场 。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体，是包括人类在内上百万种生物的家园 。

约150亿年前因大爆炸而诞生的宇宙里，物质发生的扰动逐渐成长以后就形成巨大的泡状构造，其中产生了很多星系团与星系群，同时也诞生了数千亿个星系。但是，一旦生成的星系彼此因引力而结合在一起，那么迟早会因为引力摩擦合而为一。大的星系会吞没附近的星系而变得更大，甚至可以靠着强大的引力擒获在附近经过的星系，并将它们吞噬掉。星系就这样反复地进行着合并行为，最终失去各自的旋转方向而变成巨大的椭圆星系。

前面已经说过，我们的本星系群也会变成巨大的椭圆星系，而更大的星团--星系团也会落入同样的命运。约聚集了2500个星系的室女座星系团在数千亿年后恐怕也会成为一个超巨大的椭圆星系。曾经充满星系团的高温气体也已经冷却，被星系吸收，全部跑到恒星里去了。曾经发光的恒星也已结束演化而濒临死亡边缘，占星系团大半质量的无数暗淡恒星--褐矮星此时也不过是勉强放出红外线。宇宙将变成幽暗的空间，泡状构造的组织则四分五裂并各自凝固。在星系团曾经存在的接点处，已经冷却的超巨大椭圆星系稳稳地坐落在那里。位于其中心核的依然是超巨大的黑洞，依然吞没周围结束了演化的恒星而越变越大。预计再往后几千亿年，因宇宙膨胀之故，超巨大椭圆星系间的距离会扩大到现在的几十倍，只要宇宙永远膨胀下去，应该就不会再有收缩的情形出现。

大爆炸、星系与恒星的形成或者爆发释放巨大能量的类星体，这些华丽耀眼的现象为宇宙增添了不少色彩。现在我们已经能够身历其境般地观测宇宙，这真是一种无上的幸福。而在遥远的未来，宇宙将只是一望无际的黑暗空间。

诞生于幽暗宇宙时代的超未来的天文学家们也许会借助因宇宙膨胀而产生的波长无限的光来观测我们现在所居住的世界，拼命想要阐明初期宇宙的形态。

据科学新闻网站报道，天文学家使用NASA的钱德拉X射线天文台和欧洲航天局的XMM牛顿望远镜X射线天文台，发现了一颗极端明亮的X射线变源，该X射线源位于其母星系中心的外侧。经过研究，天文学家认为这个奇特的天体是一个透镜星系外部存在着“流浪黑洞”。

目前，天文学家发现透镜星系GJ1417+52外部区域存在一个流浪黑洞，证据表明这个黑洞的质量大约是太阳的10万倍。

天文学家知道通常黑洞质量等级是太阳的10-100倍，它是垂死恒星的残骸体，超大质量黑洞的质量是太阳的10万-100亿倍，位于星系中心区域。但是宇宙分布着一些神秘的黑洞，其质量是太阳的100-100000倍之间，这些中等质量黑洞很难发现。

科学家指出，一个星系与另一个包含超大质量黑洞的星系碰撞合并之后，两个星系的超大质量黑洞和中等质量黑洞可能远离星系中心。伴随着恒星、气体和灰尘从第二个星系穿过第一个星系，它的黑洞也随着移动。目前，美国新罕布什尔大学林达成(音译)博士组建一支天文学家小组展开研究分析，他们使用“钱德拉”和“XMM-牛顿”X射线天文台发现透镜星系GJ1417+52外部有一个流浪黑洞，透镜星系GJ1417+52距离地球大约45亿光年。

透镜星系GJ1417+52非常明亮，假设周围物质的辐射作用力与引力作用力相当，很可能存在一个质量相当于太阳10万倍的黑洞。钱德拉X射线天文台数据表明，XJ1417+52释放大量X射线，它是一种超明亮X射线源(HLX)。

去年，首次发现一个几乎不含暗物质的特殊星系的消息在整个天文学界引起了强烈的震动。

暗物质是人类已知的宇宙中最神秘、最丰富的物质，它构成了我们已知的宇宙物质组成的主要部分。

在宇宙中，几乎每个星系都包含大量的暗物质。然而，去年，科学家发现了第一个几乎没有暗物质的特殊星系。最近，美国耶鲁大学的天文学家发现了第二个这样的案例。相关研究论文发表在最近出版的《天体物理学杂志》上。

当去年第一个这样的星系被发现时，耶鲁大学的科学家彼得·范·多库姆，当时是项目小组的成员之一，说:“我们一直认为每个星系都包含暗物质，甚至暗物质的存在也可能是星系能够形成的原因之一。这种不可见的神秘物质主宰着任何星系。因此，你可以想象发现一个几乎不含暗物质的星系是令人惊讶的。”他指出:“这一发现挑战了星系形成的长期理论，并表明暗物质的存在是真实的:它们可以与星系中的其他物质成分分离。”

像去年发现的第一个星系一样，这次发现的特殊星系DF4属于所谓的“UDG”，也就是说，它包含的恒星比银河系少100-1000倍。

美国哈佛大学天文学教授Shany Danieli是第一个注意到这个星系的人。两年前她开始注意到这个星系。“发现新东西真的很棒，”她说。她说:“没有人知道这样的星系能够存在。作为一名天文学专业的学生，你最大的幸运就是能够发现一个全新的天体，没有人知道它是行星、恒星还是星系。”

这两个特殊星系的发现令人惊讶和意外，也结束了关于这两个星系是否存在的争论。

暗物质的本质仍未解决。他们到底是什么？

人类首先注意到暗物质的存在，这也是暗物质最重要的视觉表现之一。几乎所有星系的外部都是恒星运动过快的地方——根据牛顿万有引力定律，离星系核心越远，引力效应就越弱，所以离星系边缘越近的恒星应该运动得越慢，就像地球自转得比火星快或者木星自转得比土星快一样。但是在星系中，科学家惊讶地发现边缘的恒星几乎和内部的恒星一样快！这似乎违反了牛顿引力定律。

对此的一种解释是，有一种神秘的物质，即所谓的“暗物质”，在这些星系的外缘看不见，但质量相同，因此会产生引力效应。正是这些神秘物质施加的重力影响加速了星系边缘恒星的运动。

人类第一次注意到暗物质的存在，这也是暗物质最重要的视觉表现之一，也就是说，几乎所有星系的外部，恒星在那里移动得太快。

然而，这次发现的两个特殊星系的特殊之处在于，它们边缘区域的恒星速度并没有表现出这样的异常。

然而，有趣的是暗物质似乎并不存在于这些星系中。然而，这种不存在反过来证明了宇宙中暗物质的存在是真实的，而不是虚幻的。因为它表明暗物质不是一种与“正常”物质混淆的存在，相反，它是独立存在的，可以与“正常”物质分开。

接下来，项目团队将继续寻找更多类似的案例来帮助我们加深对这种现象的理解，这也可能有助于早日解决暗物质本质的终极之谜。(晨风)

网络图

众所周知，在像银河系这样的大星系中心有一个巨大的黑洞。根据英国《科学新闻》周刊网站上最近的一份报告，美国科学家最近调查了数千个小星系，并在小星系的“郊区”发现了几十个大质量黑洞的“候选者”。这项最新研究将有助于天文学家揭示大星系中超大质量黑洞是如何形成的。

迄今观察到的几乎所有大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。这些庞然大物(包括银河系中心的黑洞)的“重量”大约是太阳质量的10万到几十亿倍。

“一般来说，星系越大，黑洞的质量就越大，”蒙大拿州立大学的研究主任兼天文学家艾米·雷恩斯在哈佛大学最近举行的一次黑洞会议上说。但是现在，我们发现至少一些矮星系也有巨大的黑洞，这可以为早期宇宙中第一颗黑洞种子的形成提供线索。"

早在2011年，reines就意外地在矮星系Henize 2-10中发现了一个超大质量黑洞，它距离地球大约3000万光年，这让她非常惊讶。从那以后，她和她的同事研究了数千个矮星系，发现了大约100个巨大的黑洞。其中，他们用一个非常大的射电望远镜阵列在111个矮星系中发现了39个可能的黑洞，其中至少有14个“候选”可能是黑洞。

Reines说，奇怪的是，一些新发现的黑洞不在星系中心，而是“在宿主星系的郊区游荡”。计算机模拟显示，超过50%的矮星系可能有偏离中心的黑洞。他们解释说，当宿主星系合并时，这些黑洞可能偏离了中心。此外，当两个较小的黑洞在星系内合并时，它们也会偏离中心。

研究人员认为，研究小星系中的大质量黑洞可以帮助科学家理解为什么大星系中的超大质量黑洞会变得如此之大。因为矮星系很小并且没有被多次合并，它们可能保留了古代大质量黑洞的“遗迹”。

星系的演化史

在宇宙大尺度结构的研究中，星系只是被看作一个质点，它本身没有什么变化可言。但从星系内部看，也有自己的演化史。

幸亏由于星系离我们十分遥远和光速的有限性，我们可以通过考察距离不同（因此年龄不同）的星系来研究它们的演化历程。例如：仙女座大星云离我们２００万光年，我们今天看到的实际上是它２００万年前的面貌。

同样，当我们观察距离５０００万光年的室女座星系团中的星系时，它的光是５０００万年前发出的。借助大型望远镜，我们可以看到处于宇宙深处的更年轻的星系。

刚刚从原始气云凝结出来的星系胚胎是什么样子，目前天文学家尚不清楚，因为在第一代明亮的恒星形成以前，这些遥远的暗弱气体是很容易逃过目前最强大的望远镜的追踪的。随着时间的推移，原始星系云开始收缩和冷却，一步步分裂为更小更密的碎片，由这些碎片中最终诞生出第一代恒星。第一代恒星比太阳要重得多，明亮得多，寿命也短得多。在大约１０００万年内便耗尽了自己的燃料，然后通过爆发形式把自己内部合成的重元素抛回星际空间，进入第二代、第三代恒星形成和演化的循环。上述过程的后果是星系越年轻，重元素的含量应越少，而颜色则应偏蓝。天文观测表明情况的确如此。

除了化学组成以外，星系的形态也随时间而变化。早期星系的密度比现在高得多，相邻星系在引力作用下彼此靠近，产生潮汐形变甚至合并为一的可能性也就高得多。８０年代发射的红外天文卫星发现了一批极亮的年轻星系，其中约６０%表现出潮汐形变或合并的特征：有的星系拖出一条“尾巴”，有的星系长出两支“角”，有的双星系之间有“桥”相通。

从这个星系传来了射电辐射。可能是在以前的超新星爆发中获得巨大速度的电子，在运动中流过这星系而发出无线电波。人们用高灵敏度射电望远镜不仅能接收到这种信号，甚至还能区分这个星系哪些部位发出射电辐射较强，哪些部位较弱。1971 年，射电天文学家唐纳德·马修森(Donald Mathewson)，皮特·范·德·克鲁特(Piet van der Kruit)和维姆·布罗弗(Wim Brouw)在荷兰制成了一幅这个星系的“射电图”（见图 12-7），其中用亮度表示射电强度，愈亮之处射电辐射愈强。尽管用这种射电望远镜不及用光学望远镜看得那么清楚，旋臂结构还是不难认出来。所以旋臂不仅在可见光区放着光彩，而且还发出射电辐射。

电子在同一星系中不同部位处发出的射电辐射强度不同，这是为什么？其原因和这种辐射的产生机理有关，这里就不作论述，我们只要知道凡是星际气体密度较高之处产生的射电辐射也较强就行了。如此说来，猎犬座星系的射电图像也证明，旋臂中不仅恒星密集在一起，而且星际气体的密度也较高。

不过猎犬座星系告诉我们的信息还不止于此。仔细对比可以看出，射电辐射最强的所在并不完全和可见旋臂相重合（见图 12-8），星际气体最大密度区位于曲曲弯弯旋臂的偏内侧。这反映什么呢？整个星系在自转，它的组成物质在运动中穿旋臂而过，恒星偕同星际物质在这样的过程中都是由弯曲旋臂的内侧进去，再从外侧出来。可见旋臂来源于新生恒星，射电旋臂则反映星际气体浓缩的所在，把两者加以对比可以推出下面的情景。

这个星系中的恒星和星际物质一起运转（见图 12-9），逼近一处旋臂

区域。随即这些恒星相互挤紧，气体密度增加，创造了新生恒星的条件。局部云团出现并发生坍缩，一批原恒星诞生了。稍后，那批恒星和星际物质便又漂移出形成射电旋臂的密度较高区。很快，一切似乎又恢复如前。但是，并不尽然，已经开始坍缩的云团继续坍缩，由气体密度一时的增长所引起的造星过程进一步发展。再过了些时候，原恒星演变成一批大质量新生恒星。这些蓝色强光度恒星的辐射激发附近的星际气体使之发光，新生恒星造成了可见旋臂。

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概括起来，首先是星系物质穿越密度较大的旋臂，引起产星过程；然后是首批新生恒星使可见臂亮了起来。因为猎犬座星系中恒星与气体的运动速度已知，密度臂与可见臂之间的距离又能测出来，所以我们能计算出从星际气体紧缩到首批新生恒星出现需要多长时间：结果是约为 600 万年。在这段时间的最后 50 万年中，各个分立云团里发生着像拉森的计算所得出的那种变化；而从这段时间的开头直到星际物质演变成拉森用作计算起始点的云团，则需要 550 万年。

大质量恒星绕星系中心运行还远没有转完一圈，它们的寿命就到头了。这些星把它们的大部分物质送回了星际气体，演变成了白矮星，或是爆发为超新星了。由于核反应而富含重元素的恒星物质返回星际气体后，当它穿过旋臂时就成为孕育下一代恒星的原料。不能参与这种循环变化的，是恒星生命终了时以白矮星或中子星这类致密天体的形成所残留下来的物质。

从前，在银晕恒星已经出现后很久的某个时候，现在构成太阳的物质也曾作为星际气体的一部分在运动中穿越一处旋臂而使许多恒星诞生。其中质量较大的太阳同庚星早已熄灭，像太阳那样质量较小的许多同庚星则已经被银河系的不均匀自转甩开而失散在各方。