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核球

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核球,在天文学中是指紧密聚集的一群恒星,在多数的场合中提到时,通常就是指星系-特别是螺旋星系-中央区域的核心,但在历史上核球曾经被认为是有星盘环绕的椭圆星系。然而,在高分辨率的影像下,使用哈伯太空望远镜揭露出许多核球也具有与螺旋星系相同的特性。现在认为核球至少有两种类型:像椭圆星系的传统核球和像螺旋星系的似星盘核球。

传统核球

M81的影像:这是传统的核球,注意螺旋的结构在抵达核球时终止。
M81的影像:这是传统的核球,注意螺旋的结构在抵达核球时终止。

这种核球的性质与椭圆星系相似[1],由于在历史上对核球的看法,经常被称为传统核球。这种核球主要由老年的第二星族星组成,因此显得偏红(参见恒星演化)。与星系的盘面比较,它们的轨道本质上是杂乱无序的,在圆球的各部分随处都可能出现。而且,相较于星系的盘面部分,它们只有少量的尘埃与气体,这说明了为何只有少数的年轻恒星(因为只留有少量可以形成恒星的材料)。在右边的例子,M81,我们看见靠泊在星系中心的核球,其特性与椭圆星系非常相似,注意这个核球缺乏螺旋的结构,并且蓝色的恒星(表示是年轻的恒星)主要都在环绕着核球外面的盘面上。

这些特性使得许多天文学家认为传统核球是星系合并过程中的产物,传统核球被认为是由更小的结构合并的结果。这是一种狂暴的过程,并且因而打乱了恒星原有的路径(轨道),使得核球内的轨道看似随机的。在合并的同时,由于来自合并时的震波,气体云可能都被转化成恒星。一个核球可能是已经历经多次合并的结果,这种过程可能发生在遥远的过去。那时的合并应该是很普遍的,因此现在多数的传统核球是年老的,并且在过去的一百亿年都没有显著的改变。而那些没有参与合并所剩下来的气体和恒星,能够在核球的附近安定下来的,就成为外面的星盘。

似星盘核球

M63的影像:有非传统核球的星系,注意螺旋的结构一直完整的发展至星系的中心。
M63的影像:有非传统核球的星系,注意螺旋的结构一直完整的发展至星系的中心。
哈勃空间望远镜拍摄的NGC 4314中央区域影像,这个星系核心有形成恒星的环。
哈勃空间望远镜拍摄的NGC 4314中央区域影像,这个星系核心有形成恒星的环。

许多核球与螺旋星系相同的特性远多于椭圆星系[2] [3] [4],它们经常被称为赝核球伪核球盘核球。最初是发现有些核球内的恒星循着像星盘恒星一样的轨道在运行,就像是星盘内的恒星。这些核球内恒星的轨道不是随机的,而是轨道平面和在外面的星盘相同,遵循相同的秩序和潮流,这与椭圆星系非常的不同。

后续的研究(使用哈勃空间望远镜)显示这些核球不仅有尘埃,还有各种各样复杂的结构。这些结构看起来与螺旋星系相似,只是规模小了许多。巨大的螺旋星系通常比核球的螺旋结构大2至100倍,但这些核球却是这些星系主要的亮度来源。并且,这些核球有些还有相当强劲的环状结构,像NGC 4314(右图),是恒星形成的场所。许多核球也有年轻的恒星和正在形成中的恒星,这都与椭圆星系的特性和场合不同。核球内的恒星生成率和星盘中的恒星生成率相似,也是伪核球典型的特性之一。

这些特性(像是螺旋结构和年轻的恒星)意味着有些核球没有经历形成传统核球和椭圆星系的相同过程,但是伪核球形成的理论不像传统核球那样的确定。伪核球可能是在最近(在50亿年内)发生的合并过程中,合并的星系气体特别丰富的结果,因此才不同于传统核球。但是,在合并的过程中要维持星盘的存在是很困难的,这是这种说法令人质疑的地方。

许多天文学家认为核球内的盘面是在外面原本就形成的,并不是在合并过程中形成的。当分离后,有盘的星系可能会重整它们的恒星和气体(作为对不稳定状的一种回应),这种过程(称为世代演化)经常在螺旋星系棒旋星系中观察到。可以预料得到世代演化也会将气体和恒星汇入星系的中心,如果发生这样的情况,星系中心的密度将会增加,而核球的特性就会和有盘的星系一样。

如果说,星系的缓慢而稳定的演化,导致了核球的形成,那么,因为许多星系形成了星系盘,所以没有合并过。那么星系的形成和演化的理论远远高估了数十亿年来星系合并的次数。

多数的核球被认为有超大质量黑洞在它们的核心。由定义(光线不能逃离黑洞),这些黑洞不可能观测到,但是各种各样的证据强烈证明它们的存在,不仅是在螺旋星系的核球中心,也在椭圆星系的中心。在不久之前,还认为每一个超大质量黑洞的附近一定有核球的存在,但是寄生著超大质量黑洞却没有核球的星系已经被观测到了[5]

参考资料

  1. ^ Sandage, Allan "The Hubble Atlas of Galaxies" Washington: Carnegie Institution, 1961
  2. ^ The formation of galactic bulges edited by C.M. Carollo, H.C. Ferguson, R.F.G. Wyse. Cambridge, U.K. ; New York : Cambridge University Press, 1999.(Cambridge contemporary astrophysics)
  3. ^ Kormendy, J. & Kennicutt, R.C. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 42, Issue 1, pp.603-683
  4. ^ Athanassoula, E.(2005)MNRAS 358 p1477
  5. ^ SPACE.com - Even Thin Galaxies Pack Hefty Black Holes

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