星系型态分类
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星系型态分类是天文学家根据视觉上的星系外观将星系划分成不同的种类。星系分类的方法有好几种，最著名的是由爱德温·哈伯设计的哈伯序列，后来由热拉尔·佛科留斯和艾伦·桑德奇扩充。
哈伯序列
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哈伯序列是爱德温·哈伯依据星系的外观，在1926年发明的星系型态分类法[2][3]。因为传统的图说形状像一把音叉，所以通常称它是"哈伯音叉"。哈伯根据观察所见的星系外观（最初在摄影干版上的影像），将星系划分成三大类：
- 椭圆星系：有平滑、无特征的光分布，并且呈现椭圆的影像。它们用字母"E"表示，后面再跟随一个整数，表示它们在天空中的椭圆度。
- 螺旋星系：由一个扁平的盘面组成，并有恒星组成螺旋臂的结构（通常是两条旋臂），在中心有被称为核球的隆起，是由高度密集的恒星组成。在外观上类似椭圆星系；他们以字母"S"表示。大约有一半的旋臂被观察到有像棒状的结构从中心的核球延伸，这些被称为棒旋星系，以字母"SB"表示。
- 透镜星系：有一个明亮的中心核球被扩展的盘状结构包围着，但是透镜星系的盘面没有螺旋的结构，并且没有活跃和明显的恒星形成现象，这是与螺旋星系不同之处。它们以字母"S0"表示。
广泛扩充这些类别之后，可以更好的区分外观并涵盖更多其它类型的星系。例如，没有明显结构（盘面或椭球形状）的不规则星系。
哈伯序列通常以双管齐下的叉子形式呈现，椭圆星系在左侧，椭圆度从左向右增加；右端分岔形成两根平行的带状，分别是螺旋星系和棒旋星系。透镜星系被放置在椭圆星系和螺旋星系之间，相当于音叉的手柄和尖端分岔交会之处。
直到今天，无论是专业的天文研究还是业余天文学，哈伯序列都还是最常用的分类法。
| 星系种类 | 质量（太阳质量） | 亮度（太阳亮度） | 直径（千秒差距） | 恒星族群 | 观测数量（%） |
|---|---|---|---|---|---|
| 螺旋／ 棒旋 |
109 to 1011 | 108 to 1010 | 5-250 | 盘面：星族I 晕：星族II |
77% |
| 椭圆 | 105 to 1013 | 105 to 1011 | 1-205 | 星族II | 20% |
| 不规则 | 108 to 1010 | 107 to 109 | 1-10 | 星族I | 3% |
哈伯序列是建立在由当时的望远镜所所拍摄的星系照片上。起初，他相信椭圆星系是早期的星系型态，然后可能转变成螺旋或棒旋星系。我们现在则认为该倒过来解释星系的发展。但是，早期的错误已经深植在天文学家的专业术语中，所以现在依然根据图中的位置，将左边的星系称为早期形，图右边的称为晚期形。
近代的观测为我们提供更多关于这些星系类型的资讯：
- 椭圆星系的气体和尘埃含量一般都很低，并且主要由老年的恒星组成。
- 螺旋星系一般有充足的气体和尘埃，并且广泛的有老年和年轻恒星的组合。
- 不规则星系含有相当丰富的气体、尘埃和年轻的恒星。
据此，天文学家建构了一个星系演化的理论。建议椭圆星系，事实上，是螺旋星系和不规则星系彼此之间相互碰撞的结果，这种碰撞剥夺了大部分的气体和尘埃，并使恒星的轨道呈现随机化。参见星系的形成和演化。
| 名称 | 赤经 | 赤纬 | 哈伯序列 |
|---|---|---|---|
| M49（NGC 4472） | 12h 29.8m | 8° 00' | E4 |
| M59（NGC 4621） | 12h 42.0m | 11° 39' | E3 |
| M60（NGC 4649） | 12h 43.7m | 11° 33' | E1 |
| M84（NGC 4374） | 12h 25.1m | 12° 53' | E1 |
| M86（NGC 4406） | 12h 26.2m | 12° 57' | E3 |
| M89（NGC 4552） | 12h 35.7m | 12° 33' | E0 |
| M110（NGC 205） | 00h 40.4m | 41° 41' | E6 |
佛科留斯系统
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这个系统最早是在1959年由热拉尔·佛科留斯提出，它是被广泛使用的哈伯序列扩充，称为佛科留斯系统[5]。佛科留斯认为哈伯对螺旋星系的二维分类只基于核球和螺旋臂的紧密，以及棒状结构的是否存在，并没有充分的描述观测到的星系全部范围的型态。特别是，他认为环和透镜是组成螺旋星系的重要结构部分[6]。
佛科留斯系统保留了哈伯的基本星系型态，划分成椭圆、透镜、螺旋和不规则星系。为了补充哈伯的分类，佛科留斯根据三个形态特征，引入了一个更复杂的螺旋星系分类系统：
- 棒：根据星系是否存在核棒来划分。佛科留斯引入"SA"来表示没有核棒的螺旋星系，以对应哈伯使用"SB"来表示棒涡星系。他还增加了中间类型的"SAB"，表示核棒微弱（不明显）的螺旋星系[7]。透镜星系也被归类为无核棒的(SA0)或有核棒的(SB0)， (S0)保留给那些难以判断核棒是否存在的星系（通常是因为它们是以侧面朝向我们）。
- 环：分为有环状结构的星系（符号为"(r)"）和没有环的星系（符号为"(s)"） ，被赋予"(rs)"的是所谓"过渡"中的星系[7]。
- 螺旋臂：与哈伯最先的规划一样，主要是依据螺旋臂的紧密性来分类。佛科留斯扩展了哈伯的音叉臂，额外增加了几个螺旋臂分类：
在哈伯最初的分类中，这三种类型的大多数星系都被归类为不规则星系。此外，sd还包括哈伯的Sc类的一些星系。在Sm和Im类型中的星系分别是麦哲伦的螺旋和不规则星系，是依据麦哲伦云命名的。大麦哲伦云是SBm型，而小麦哲伦云是不规则星系（Im）。
- Sd (SBd) – 中央核球非常微弱，由单独的恒星集团和星云组成破碎、漫反射的螺旋臂。
- Sm (SBm) – 外观不规则；没有核球的元件。
- Im – 螺旋臂极度不规则的星系。
分类法中不同的元素组合在一起 －按照列出的顺序－ 给出一个星系的完整分类。例如，一个核棒微弱和螺旋臂与环松散的螺旋星系的分类被表示为SAB(r)c。
在视觉上，佛科留斯系统可以看成是哈伯音叉的三维版本 （页面存档备份，存于互联网档案馆）。在X轴上有阶段（螺旋度），在Y轴上有家族（核棒），Z轴上有各种的环[8]。
数值哈伯级
[编辑]佛科留斯还在他的分类法中为每一类星系指定了数值。哈伯分类为T，数值从-6到+10，负数对应于早期型的星系（椭圆星系和透镜星系），正数对应于晚期型星系（螺旋星系和不规则星系）。椭圆星系分为三个"阶段"：紧凑型椭圆星系(cE)、普通椭圆星系E和晚期椭圆星系(E+)。透镜星系就简单的分为早期(S−)、中间(S0)和晚期(S+)类型。不规则星系可以分为麦哲伦不规则型(T = 10)或"紧凑型" ("T" = 11)。
| 哈伯级 T | −6 | −5 | −4 | −3 | −2 | −1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 佛科留斯分类[8] | cE | E | E+ | S0− | S00 | S0+ | S0/a | Sa | Sab | Sb | Sbc | Sc | Scd | Sd | Sdm | Sm | Im | |
| 近似哈伯分类[9] | E | S0 | S0/a | Sa | Sa-b | Sb | Sb-c | Sc | Sc-Irr | Irr I | ||||||||
数值级的使用可以对星系型态的分类进行更多的定量研究。
耶基斯（或摩根）分类
[编辑]美国天文学家威廉·威尔逊·摩根与菲力浦·基南共同创建了以光谱对恒星分类的MMK分类法。耶基斯系统使用星系中恒星的光谱、形状、实质和外观、以及中心的凝聚度来分类星系。
| 光谱类型 | 注释 |
|---|---|
| a | 显著的A恒星 |
| af | 显著的A-F恒星 |
| f | 显著的F恒星 |
| fg | 显著的F-G恒星 |
| g | 显著的G恒星 |
| gk | 显著的G-K恒星 |
| k | 显著的K恒星 |
| 星系形状 | 注释 |
|---|---|
| B | 棒旋星系 |
| D | 对称的旋转没有显著的螺旋或椭圆结构 |
| E | 椭圆的 |
| Ep | 椭圆和尘埃吸收 |
| I | 不规则 |
| L | 表面亮度低 |
| N | 小而亮的核心 |
| S | 螺旋 |
| 倾斜度 | 注释 |
|---|---|
| 1 | "正对"的星系 |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 6 | |
| 7 | "侧面"的星系 |
所以，举例如下：仙女座星系的分类为kS5。
相关条目
[编辑]- 哈伯
- 热拉尔·佛科留斯
- 威廉·威尔逊·摩根
- 弗里茨·兹威基
- 星系形态目录
- 星系颜色-星等图
- 星系动物园
- 巨椭圆星系 (gE)
- 巨大星系
- 椭圆星系 (E#)
- 透镜星系 (S0, SA0, SAB0, SB0, E9)
参考资料
[编辑]- ^ A remarkable galactic hybrid. www.spacetelescope.org. [27 February 2017]. （原始内容存档于2019-12-02）.
- ^ Hubble, E. P. Extra-galactic nebulae. Contributions from the Mount Wilson Observatory / Carnegie Institution of Washington. 1926, 324: 1–49. Bibcode:1926CMWCI.324....1H.
- ^ Hubble, E. P. The Realm of the Nebulae. New Haven: Yale University Press. 1936. LCCN 36018182.
- ^ Hubble explores the origins of modern galaxies. ESA/Hubble Press Release. [20 August 2013]. （原始内容存档于2020-11-24）.
- ^ De Vaucouleurs, G. Classification and Morphology of External Galaxies. Handbuch der Physik. 1959, 53: 275. Bibcode:1959HDP....53..275D.
- ^ Binney, J.; Merrifield, M. Galactic Astronomy. Princeton: Princeton University Press. 1998. ISBN 978-0-691-02565-0.
- ^ 7.0 7.1 de Vaucouleurs, Gérard. Revised Classification of 1500 Bright Galaxies. Astrophysical Journal Supplement. April 1963, 8: 31. Bibcode:1963ApJS....8...31D. doi:10.1086/190084.
- ^ 8.0 8.1 De Vaucouleurs, G. Global Physical Parameters of Galaxies. 1994 [2008-01-02]. （原始内容 (PostScript)存档于2020-05-28）.
- ^ Binney, J.; Merrifield, M. Galactic Astronomy. Princeton: Princeton University Press. 1998. ISBN 978-0-691-02565-0.
外部链接
[编辑]- 星系和宇宙 （页面存档备份，存于互联网档案馆） – 星系分类简介（英文）
- 近红外线星系型态图 Archive.is的存档，存档日期2012-08-02, T.H. Jarrett
- The Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS) Hubble Tuning-Fork, SINGS Spitzer Space Telescope Legacy Science Project
- 前往星系动物园 （页面存档备份，存于互联网档案馆） to try your hand at classifying galaxies as part of an Oxford University open community project
