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第7章 天体网:黑暗而美丽的宇宙天网(4)

1.两星系结对

双重星系是指两个有物理联系又相互绕转的星系所组成的天体系统。如果有另一个星系经过,将会带走轨道运动的能量,使两个星系更加接近,有时会无法逃脱对方的引力圈,这样便会诞生双重星系。双重星系可粗略地分为远距双重星系、相互作用星系和碰撞星系三类。M51及其伴星系就是一对著名的相互作用星系,星系两条旋臂的其中一条连接它的伴星系NGC5195,共同构成一个看起来像微弱的双星云一样的结构。星系之间的相互作用有时候是十分明显的,对于距离靠近甚至有物理联系的星系来讲,星系互动则非常活跃。

天文学家弗里茨·兹威基曾这样描绘星系之间强相互作用的独有特征:从引力对外发出的潮汐“尾巴”,带有常与各外来星系相连的暗弱的桥梁。参见弗里茨·兹威基:《星系与星系边缘》,外语教学与研究出版社,2009。老鼠星系就是很好的说明。从外观上看,这一对有长长尾巴的旋涡星系看起来颇似一对嬉戏打闹的老鼠。这两个庞大的星系正在穿过对方的身体,天文学家估计它们应该会不停地互撞,直至完全聚合在一起为止。可见,双重星系之间会有一定的相互作用,有些作用比较温和,有些则比较强烈。当然这种作用会改变星系本有形状,甚至两个星系合二为一或者分成多个星系。整个宇宙空间中存在很多这样的星系,甚至有些结对的星系还与“第三者”有着密切的关系,两星系结对并不是星系聚集的唯一形式。

2.多星系集群

由三个到十来个有一定相关性的若干星系组成的一个集合称为多重星系。多重星系的组成比较复杂,有时候成员中包含双重星系,有时候成员之间只是有一定的物理关系,而且组成的星系有规则星系也有不规则星系。多星系集群就如同前文提到的恒星集聚成伙一样,多重星系是一个小团体,拥有一定数量的成员,能够在宇宙中立足。离银河系最近的大小麦哲伦云是一对双重星系,由于和银河系距离较近,存在一定的物理联系,因此银河系和大小麦哲伦云构成了一个三重星系。又如仙女座大星云和它的4个伴星系构成了一个五重星系。

多重星系内部也存在着复杂的作用,有时是局部作用,有时是整体作用。史蒂芬五重星系是由五个可见光的星系组成的集团,这些星系因为激烈的碰撞而互相影响着。这个位在北天的飞马座内,距离约三亿光年远的星系群,其实只有四个星系重复进行着距离接近的“宇宙之舞”。其中四个相互影响的星系(NGC7319、7318A、7318B、7317)都具有黄色的色泽,并在破坏性重力潮汐的拉扯下,拥有逐渐增长的星环和潮汐尾。又如Arp194星系群由几个星系和恒星、气体和尘埃组成的“宇宙喷泉”组合而成。通过清晰度非常高的哈勃太空望远镜可以清楚地看到,物质流位于Arp194的南面,Arp194的周围被尘埃包围。两个相撞在一起的星系的核子看起来像猫头鹰的两只眼睛。奇异的蓝物质桥从Arp194的北面延伸出来,它看起来好像把三个星系连接在了一起,但事实上这个星系位于另外两个星系的后面,没有物质把两个星系连接在一起。多个星系之间的相互作用,使Arp194变得更加复杂。

史蒂芬五重星系

3.纷繁复杂的星系团

至此你不禁会问:“有没有更大的星系聚集系统呢”?答案是肯定的,这就是更高级别的星系团。星系团是指相互之间有一定力学联系的十几个、几十个以至成百上千个星系集聚在一起组成的星系集团。星系团形同一个个部落,部落大小不一,形状也各异。小的星系团如银河系和仙女星系所在的本星系群。大的星系团如后发星系团,有上千个比较明亮的成员星系,如果把一些暗星系也包括进去,总数可能是上万。

一般规则星系团和不规则星系团有着明显的差别。后发星系团是一个很著名的规则星系团,它向中心聚集,在中心处有些非常明亮的巨星系。规则星系团内的涡旋星系非常少,而星系团中的椭圆星系的中心集聚程度较高。有时又称成员数较多的星系团为富星系团,室女座就是一个“富”星系团,也是不规则星系团,其中含有大量的涡旋星系,如M100。由此可以以城市作一个类比:规则星系团就如同省会城市过于发达的省份,这些省份的其他城市明显地向省会城市聚集,在中心城市可以明显看到高楼大厦和省中心的独特风景。而不规则星系就如同江苏省,除了南京市,无锡、苏州、常州各有特色,并没有明显的向南京市集聚的倾向。

4.部落成群的超星系团

此时已经不敢想象星系团之外是否还有更为复杂的星系聚集结构了,星系聚集成团就如同一个个小家族聚集在一起形成了一个个部落。那么统一部落的更为庞大的组织又是什么呢?由若干星系团集聚在一起构成的更高一级的天体系统,称之为超星系团或二级星系团。超星系团在动力学上并没有一个合理的界限,各成员星系团之间的引力相互作用要比星系团内各成员星系之间的引力作用弱得多,因而有人认为超星系团可能是不稳定的系统。本星系群就同附近的50个左右星系群和星系团构成本超星系团,本超星系团是唯一具有明显中心汇聚现象的超团,其他一些著名的超团都没有此种致密的中心。

本星系群只是本超星系团的一小部分。它除了银河系所在的本星系群之外,本超星系团还包括其他50来个星系团和星系群,其中包括室女星系团、大熊星系团以及许多比较小的星系群和星系团。核心部分在室女星系团,室女星系团包括2500个以上的成员星系。

宇宙在如此巨大的范围中还存在一定的结构,不得不令人感叹宇宙的神奇。有人推测在超星系团之外还存在“超”超星系团以及“超超”超星系团等。如果把恒星集聚比做企业联盟的话,那么星系集群就如同产业集聚。只不过,促使企业联盟或是产业集聚的内在因素是经济因素,而促使恒星集聚和星系集群的内在因素是万有引力。

五、宇宙巨网

从地球、太阳到银河系再到星系群、星系团和超星系团,最后构成总星系。宇宙之网覆盖了整个宇宙空间,它由星体、尘埃、气体等基本元素构成,这些基本元素又会构成更为复杂的网络结构,例如地月系、太阳系、银河系、星系群、星系团和超星系团等。由此,宇宙便成为了一张巨网。

(一)星系际高速公路网

科学家认为宇宙网是由宇宙中密布的漏斗形的星系、气体和暗物质构成,仿佛混沌的“星系际高速公路网”。而宇宙的星体、星系、星系团以及超星系团则仿如行驶在这个星际高速公路上的车辆和人群,宇宙之网连通了整个宇宙。

星系际高速公路网

1.宇宙是张巨网

整个宇宙就像一张复杂的巨网,所有的恒星、星系以及气体尘埃都附着在上面。在超过数亿光年的尺度上,群、团、超团又聚集成更大的结构,这是一个难以想象和描绘的结构,因为其太复杂了。科学家把星系之间长而窄的桥称为“细丝”,这些细丝连同星系构成了复杂的宇宙网。最被广泛认同的宇宙理论认为,物质会在所谓的“宇宙网”内以更大的规模聚集。星系存在于宇宙网内空隙之间延伸的细丝状地带,形成一个巨大的束状结构。

在宇宙逐渐演化的过程中,出现了巨大的由物质聚集形成的纤维状结构,在其中落户的星系与恒星,它们发出的光芒打破了黑暗的寂静。细丝状地带长度达到数百万光年,构成了宇宙的基本“骨架”。在最大尺度上观测,星系的组织形式类似于巨大的“泡沫”,星系被限制在泡沫壁内部,而泡沫壁以内几乎没有任何发光物质。星系在“骨架”周围聚集,浩瀚的星系团则在交叉处形成,它们就像是潜伏在那里的巨型蜘蛛,等待“吞食”更多物质。宇宙之网是构筑宇宙的框架,对理解宇宙的组成架构和演化规律有着重要的作用。

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