撰文：罗伯特.李               2023年8月19日

夏威夷双子座北望远镜看到的碰撞星系NGC 4568（底部）和NGC 4567（顶部）（图片：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA）

围绕一些星系“形状变化”性质的、一个100年前的谜团已经解开，揭示了在这个过程中，我们的银河系并不总是拥有它熟悉的螺旋外观。

天文学家阿里斯特.格雷厄姆利用新旧观测结果，展示了星系如何从一种形状进化到另一种形状—一个被称为星系物种形成的过程。研究表明，星系之间的碰撞和随后的合并是一种“自然选择”形式，它推动了宇宙进化的过程。

这意味着星系的宇宙暴力历史，并不是我们银河系独有的，它也没有结束。格雷厄姆在一份声明中说：“这是适者生存。”天文学现在有了一个新的解剖学序列，最后是一个进化序列，在这个序列中，星系的物种形成，是通过引力决定的、星系不可避免的结合而发生的。

星系有各种各样的形状。有些星系，比如银河系，是由有序的恒星臂组成的，这些恒星臂以螺旋状围绕恒星体的浓密的中心或“凸起”旋转。像梅西耶87（M87）这样的其他星系，是由数十亿颗恒星构成的椭圆组成的，这些恒星在无序的中心周围，混乱地嗡嗡作响。

自20世纪20年代以来，天文学家根据一系列不同的星系解剖结构，对星系进行了分类，称为“哈勃序列”。像我们这样的螺旋星系位于该序列的一端，而像M87这样的椭圆星系位于另一端。介于两者之间的是细长的、缺乏螺旋臂的球形星系，被称为透镜星系。

但到目前为止，这个广泛使用的系统所缺乏的是，将一个星系形状与另一个星系形态联系起来的进化路径。

重塑星系演化

为了在哈勃序列上划分出进化路径，格雷厄姆在哈勃太空望远镜收集的光学图像中，观察了银河系附近的100个星系，并将其与斯皮策太空望远镜的红外图像进行了比较。这使他能够将每个星系中所有恒星的质量，与其中心超大质量黑洞的质量进行比较。

这揭示了两种不同类型的桥接透镜星系的存在：一种是古老的、缺乏尘埃的星系，另一种是年轻的、富含尘埃的星系。

当贫尘星系吸积气体、尘埃和其他物质时，围绕其中心区域的圆盘会被破坏，这种破坏会产生一种从其心脏向外辐射的螺旋模式。这就产生了螺旋臂，螺旋臂是密度过大的旋转区域，在旋转时会产生气体团，引发坍缩和恒星形成。

另一方面，富含尘埃的透镜状星系，是在螺旋星系碰撞合并时产生的。螺旋星系有一个小的中心球体，上面有恒星、气体和尘埃延伸的螺旋臂。年轻和多尘埃的透镜星系，明显比螺旋星系和贫尘的透镜星系有更突出的球体和黑洞。

令人惊讶的结果是，像银河系这样的螺旋星系，实际上位于哈勃序列上富含尘埃和缺乏尘埃的透镜星系之间。

格雷厄姆解释道：“一旦人们认识到透镜状星系并不是他们长期以来所描绘的单一桥接星系群，事情就变得清晰有序了。这重新绘制了我们备受喜爱的星系序列，重要的是，我们现在看到了通过星系婚礼序列的进化路径，或者企业可能称之为收购与合并。”

宇宙收购与和并历史

银河系的历史，被认为是由一系列“自相残杀”事件打断的，在这些事件中，银河系吞噬了周围较小的卫星星系来生长。

这项研究表明，除此之外，我们星系的宇宙“兼并”，还包括它吸积其他物质，并从一个贫尘的透镜星系逐渐转变为我们今天所知的螺旋星系。

我们的星系将在40亿至60亿年内，与最近的大星系邻居---仙女座星系戏剧性地合并。这次碰撞和合并将抹去这两个星系的旋臂模式，新的研究表明，这一结合产生的子星系很可能是一个富含尘埃的透镜星系，尽管没有雕刻出螺旋结构，但它仍然拥有一个圆盘。

如果银河系仙女座星系的子星系，遇到第三个富含尘埃的透镜星系并与之合并，那么这两个星系的盘状部分也将被擦干净。这将形成一个椭圆形星系，而没有能力容纳冷气体和尘埃云。

正如这个新星系将在遥远的未来为天文学家讲述它的进化故事一样，贫尘的透镜状星系也可能成为，早期宇宙中改造古老而常见的盘状星系过程的化石记录。

这可能有助于解释詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在宇宙大爆炸后7亿年，发现的一个大质量球状星系。新的研究也可能表明，椭圆星系的合并，是一个可以解释宇宙中一些质量最大的星系存在的过程，这些星系位于1000多个星系团的中心。

格雷厄姆的研究发表在《皇家天文学会月报》上。