第四篇 银河系和河外星系2(河外星系)资料

星云的观测
▪ 1781年法国天文学家梅西耶 发表了包含110个星云的“梅 西耶星表”，其中40个实际 上是星系。
▪ 1800年英国天文学家威廉.赫 歇尔发表包含2500个星云天 体的星表，大部分是旋涡星云。
▪ 争论的焦点：星云是恒星系统 还是气体云？星云分布是在银 河系内还是银河系外？
▪ 1920年，沙普利发现球状星团的空间球对称分布， 用球状星团作为银河系边界的标记来确定银河系 结构和尺度，确定银河系的大小（100kpc）和太 阳系到银心的距离(16kpc）。沙普利认为星云是 分布在银河系内，反对“宇宙岛”的观点。
第四篇 银河系和河外星系（2）
——河外星系
漩涡星系
椭圆星系
本讲内容
§1 星系的形态和分类 §2 星系距离和质量的测量 §3 活动星系 §4 星系的形成和演化 §5 星系群与超星系团
§1 星系的形态和分类
1. 河外星系的发现 1750年，英国教士赖特提出银河是恒星系统。 1755年，康德在《自然通史和天体论》一书中指 出旋涡星云的扁平形态是由于转动引起的，它们 是和银河类似的 “宇宙岛”。 宇宙中无数的恒星系统可形象比喻成汪洋大海中的 岛屿。
IC5152
M82
§2 星系距离和质量的测量
1.星系距离的测量
(1) 利用造父变星的周光关系 测量星系距离 最远距离：~20 Mpc (2) 标准烛光法 通过比较星系中可证认的某些 标准（明亮）天体的视星等和 绝对星等来确定星系的距离。
m-M=5logr-5
星系M100中的造父变星
不同标准烛光源的测量范围
星系的距离D＝V/H0
如果宇宙的膨胀是均匀的，可以确定：
宇宙的年龄 t＝D/V＝1/H0
▪ 星系的退行表明在过去它们必定离得很近，宇宙膨
胀的起点是什么？（宇宙大爆炸学说）
利用星系红移测量星系的距离
红移z
0.0 0.1 1.0 10.0 100 ∞
退行速度V（c）
0.0
0.095
0.6
0.984
1.0
银河系实际直径30 kpc！
沙普利—柯蒂斯 (Shaplry-Curtis) 关于“宇宙尺 度”的大辩论
▪ 辩论焦点：
(1) “旋涡星云”的距离是多大？
(2) “旋涡星云”是恒星系统还是气体 云？
宇宙是由无数类 似“旋涡星云” 的星系构成的。 “宇宙岛”
“旋涡星云”是银河系内气体 云，银河系就是整个宇宙。
因此“仙女座大星云”必定是河外星 系!
2. 星系的哈勃分类
▪ 根据星系形态的不同，1926年哈勃首先提出星系 可以分为椭圆星系、透镜状星系、旋涡星系、棒 旋星系和不规则星系5种类型，称为哈勃分类。
椭圆星系
旋涡星系 透镜状星系
不规则星系
棒旋星系
宇宙星系的数目1010数量级！ 哈勃“音叉”图
(1) 椭圆星系 (elliptical galaxies)
1920年4月26日美国科学院在华盛顿博 物馆礼堂召开了“宇宙的尺度”的辩论 会。
沙普利
柯蒂斯
哈勃的裁决：
—“宇宙岛” 的最终胜利！
▪ 1926年，哈勃分解出“仙女座大 星云” (M31) 中的造父变星。 →证实“仙女座大星云”确实是恒 星系统。 由造父变星周光关系估计“仙女座 大星云”的距离150 kpc（实际距 离800 kpc）> 最远的球状星团的 距离(100 kpc)。
1929年哈勃与哈马逊发现由 星系谱线红移得到的星系退行 速度V与星系的距离D成正比， 称为哈勃定律
V＝H0×D 其中哈勃常数 H0在50-100 kms-1Mpc-1取值， 一般取75 kms-1Mpc-1
Hubble
Humason 哈勃和哈马逊得到的星系视向速度与距离的关系图
哈勃定律的意义
▪ 哈勃定律反映了宇宙的膨胀 由宇宙膨胀引起的星系的谱线红移称为宇宙学红移。
仙女座大星系M31(Sb)
(3) 棒旋星系 (barred spiral galaxies)
▪ 中心有棒状结构的旋涡星 系，符号为SB。
▪ 旋臂源于棒的两端。 ▪ 按照核球的大小和旋臂的
缠卷程度，旋涡星系可以 分为SBa, SBb, SBc三个次 型。其中Sa型核球最大， 旋臂缠卷最紧。
(4) 透镜状星系
标准烛光源 最远距离（Mpc）
O,B型超巨星
~30
新星
~60
电离氢（HII区）
~80
Ia型超新星
~650
明亮星系
~1500
(3) 红移法
▪ 1912-1920年，斯里 弗通过测量旋涡星系 谱线的Doppler位移 发现绝大多数的星系 具有谱线红移，即它 们正在远离银河系。
一些星系的距离、CaII的H、 K谱线和退行速度
从核球两端延伸出两条或两条以上螺旋状旋臂叠加 在星系盘上，盘外面是球状的星系晕。 ▪ 星系盘颜色偏蓝，星系晕和核偏红。 ▪ 在星系盘、特别是旋臂上主要是星族I恒星以及气 体和尘埃，核球和星系晕主要由星族Ⅱ恒星组成。
草帽星系M104， Sa型
wk.baidu.com
▪ 按照核球的大小和旋臂的缠卷程度，旋涡星系可 以分为Sa, Sb, Sc三个次型。Sa型核球最大，旋 臂缠卷最紧，Sc型核球最小，旋臂缠卷最松。
▪ 介于椭圆星系和旋涡星系之间的、无旋臂的盘星系， 根据核心是否有棒状结构，符号相应为S0或SB0。
▪ 在形态上，透镜状星系与旋涡星系的主要差别是没有 旋臂；与椭圆星系的主要差别是有星系盘。
▪ 主要由年老恒星组成，气体很少。
(5)不规则星系 ▪ 外型或结构无明显对称性的星系，符号为Irr。 ▪ 无旋臂和中心核区。 ▪ 富含星际气体、尘埃和年轻恒星。
▪ 椭球形的星系，符号为E. 按椭率大小的增加分 为E0、E1...E7八个次型。
▪ 主要由星族Ⅱ恒星构成，没有星系盘，没有或 仅有少量星际气体和尘埃，颜色偏红。
▪ 中心区域最亮，亮度向边缘递减。
(2) 旋涡星系 (spiral galaxies) ▪ 具有旋涡结构的星系，符号为S。 ▪ 中心是球状或椭球状的核球，外面是扁平的星系盘。
1.0
vr
(z (z
1) 2 1) 2
1c 1
目前的距离 (Mly) 0.0 1401 8815 21022 27101 30096
D c (z 1)2 1 H0 (z 1)2 1
2. 星系质量的测量
(1) 旋涡星系的自转曲线法 谱线位移 →自转速度 → 质量
假设v表示距离星系中心r 处星系的旋转速度，则r以 内星系的总质量m可以由 下式估算：