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有没有像银河系一样的星系?晚上抬头看星星时我愣住过

那天晚上在郊区朋友家院子里,没什么光污染,银河横在头顶像一条淡淡的、发着荧光的河,我盯着那条模糊的光带看了很久,脑子里突然冒出一个问题:天上那些数不清的星系,有没有跟咱们银河系长得差不多的? 就是那种扁扁的、旋臂转啊转的、中间还鼓个大包的?

后来我花了不少时间去翻资料、看天文台发布的图片,发现这个问题其实特别有意思——不光有,而且我们银河系在宇宙里属于"大众脸"那一类,不过这个"大众脸"背后藏着的东西,比我一开始以为的要深得多。

有没有像银河系一样的星系?晚上抬头看星星时我愣住过

先搞清楚银河系到底长什么样

说来有点搞笑,我们住在银河系里面,但搞清楚它长啥样反而是最难的事,你想象一下,一碟菜摆在桌上,你远远一看就知道它是圆的还是方的,可你要是变成一颗花椒停在菜中间,想看清整盘菜的造型就很难了,我们就是那颗花椒。

目前天文学界比较公认的结论是,银河系是一个棒旋星系,拆开来看就是这几个特征:中间横着一条棒状结构,棒的两端各甩出好几条旋臂,整个盘面是扁的,中心还有个鼓鼓的核球,直径大概10万到18万光年之间——这个范围比较大,因为边界到底在哪一直有争议,质量大约是太阳的1万亿到1.5万亿倍,其中大部分还是暗物质,我们太阳系就窝在其中一条叫"猎户臂"的次级旋臂上,离中心大概2.6万光年。

这里面有个关键点:银河系不是那种教科书上标准的"旋涡星系",它中间多了棒状结构,这条"棒"不是实心棍子,而是大量恒星挤在一起形成的一个长条状密集区,气体沿着棒流动,整个就像一个大搅拌棒,把物质往中心搅,哈勃星系分类法里,这种叫SBb或者SBc型——S是螺旋,B是有棒,bc讲的是旋臂缠绕的松紧程度。

那宇宙里有没有长这样的?还真不少

找到了,而且第一个跳出来的答案几乎是现成的——仙女座星系,M31,北半球秋冬季节肉眼就能隐约看到,就在仙女座方向,这星系比银河系大一圈,直径大概22万光年,恒星数量也多,结构上看,它也扁、也有旋臂、中心鼓着核球,早期一直被认为是标准的旋涡星系。

但有意思的是,后来红外波段的观测发现,仙女座星系内部可能也有棒状结构,只是我们看它的角度有点偏,棒被旋臂和尘埃遮了不少,2005年斯皮策太空望远镜的数据很清楚地显示,M31中心区的恒星分布不对称,长条形特征挺明显,所以它跟银河系可能比原来想的更像。

如果说仙女座星系是"加强版的邻居",那还有个更接近的——UGC 12158,这名字不好记,但它那张哈勃拍的图我看过一次就忘不掉,它正脸对着我们,所以整个盘面摊得特别完整,几条旋臂清清爽爽,中间的棒横穿过去,核球圆圆的,大小也跟银河系差不多,大概14万光年,天文学家经常拿它当银河系的"证件照模板",因为从外面看我们差不多就长那样。

有没有像银河系一样的星系?晚上抬头看星星时我愣住过

下面这个表格我把几个经常被拿来跟银河系比较的星系放在一起,看的时候心里有个数:

星系名称 类型 直径(光年) 距我们 像不像银河系
银河系 棒旋星系SBb/c 10万-18万 0
仙女座M31 旋涡星系(可能有棒) ~22万 254万光年 比较像,个头更大
UGC 12158 棒旋星系SBb ~14万 8亿光年 非常像
NGC 4565 旋涡星系(侧向) ~10万 4200万光年 侧面看几乎一样
风车星系M101 旋涡星系Sc ~17万 2100万光年 盘面像,但缺明显的棒

这里面NGC 4565值得单独说一嘴,我们看它是侧着的,一条细细的光带中间鼓个大包,边缘还有暗色的尘埃带切过去,很多天文教材就爱拿它举例,说"银河系从侧面看大概就是这个样子",是的,你在网上看到的那些"银河系侧面想象图",好多就是对着NGC 4565画的。

为什么银河系偏偏长成这样

你可能会想,是不是所有星系都差不多?完全不是,宇宙里的星系形态五花八门——有圆滚滚的椭圆星系,有一团乱的矮星系,有拖着长尾巴的相互作用星系,银河系这种"带棒的扁盘子"确实不少,但也算不上统治地位,根据斯隆数字巡天的统计,本星系群和邻近宇宙里,旋涡星系大概占70%左右,其中带棒的又占了大约三分之二,也就是说,棒旋星系在整个螺旋星系家族里是多数派。

那棒是怎么来的?现在的主流解释是,星系盘面自身的引力不稳定性,盘里的恒星和气体转着转着,某些区域的密度稍微大一点,引力就更强,吸来更多物质,慢慢就拉成了棒状,计算机模拟已经很成熟了,随便给个旋转的粒子盘,不消几十亿年自己就出棒,这个过程不稀奇,属于星系的自然演化阶段。

还有个有意思的现象——早期的宇宙里(哈勃深场探测到的那些高红移星系),带棒的比例明显比现在低,这可能说明,棒是星系成熟后的标志之一,年轻星系太动荡,物质分布乱七八糟,不容易形成稳定的棒,等盘面慢慢安顿下来,旋臂和棒才逐渐发育成型,银河系差不多135亿岁了,中心那条棒大概在七八十亿年前就稳定存在了。

说起来,有多少像我们银河系这样的星系

这个问题要回答得靠谱,得看巡天数据,综合斯隆数字巡天和COSMOS巡天的统计,在邻近宇宙的明亮星系里,棒旋星系大概占到旋涡星系的60%-70%,如果拿整个星系总群来算,椭圆星系、透镜星系、不规则星系各占一部分,粗略估计,像银河系这样的棒旋星系大概占所有大型星系的四分之一到三分之一

这比例听着不算高,但要知道可观测宇宙里大概有两万亿个星系,两万亿的四分之一——你算算这数字有多大,哪怕只算零头,银河系也绝不孤单。

不过话说回来,"像"也是分程度的,完全一模一样的星系大概不存在,旋臂数量不一样,有的两条有的四条;棒的长短粗细不同;核球有的更鼓有的偏扁;伴星系的数量和分布也千差万别,银河系带着大小麦哲伦云十几个伴星系,仙女座带的更多,这些细节让每个星系都有点独特,但大骨架摆在那,一看就知道是"同一类货色"。

有一次我跟一个做星系演化的朋友聊天,他说了句话我印象很深:"找两片一模一样的叶子难,但找到同一棵树的叶子简单。"银河系这张脸,在宇宙那个巨大的星系森林里,其实到处都能瞥见,说不定此时此刻,在UGC 12158的某条旋臂上,也有谁正望着天空想:别的地方,还有没有像我们这样的星系?

有没有像银河系一样的星系?晚上抬头看星星时我愣住过

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