从实验室: 为什么某些螺旋星系击败了 “凸起”

星系是我们可见宇宙的基本组成部分，每个星系都包含数十亿颗恒星，就像我们的太阳一样。它们大致可以分为两种类型-椭圆形和螺旋形。典型的螺旋星系有两个结构组成部分: 一个中央凸起，恒星或多或少在随机轨道上移动，一个圆盘，它们在近似圆形轨道上移动，就像太阳系中的行星一样。了解这些星系在大约137亿年的宇宙时代的形成和演化是天文学研究的核心。

现代天文学对宇宙如何发展到现在的状态有了相当好的理解。众所周知，较小的星系已经合并并合并为更大质量的星系。在过去的80亿年中，已经获得了当今星系一半以上的质量。

基于这些理论模型的计算机模拟在解释星系和宇宙的形状和结构方面非常成功，正如我们通过观测看到的那样。我们的计算机能够以非常高的精度重现宇宙中发生的过程。

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然而，到目前为止，仍然没有成功的解释是存在大的或大质量的螺旋星系，而中心没有凸起，即只有圆盘成分的星系。大型星系形成所涉及的那种过程，即从外部不断合并和积聚物质，应该至少导致圆盘中的某些恒星都处于不断的旋转运动中，从而失去了角动量并坠落到星系的中心，从而产生凸起。为创建巨大的螺旋星系而进行的所有计算机模拟确实在中心产生了凸起。

即使假设这些星系隔离地而不是通过合并而变大的，但由于内部物质的物理搅动，中央隆起似乎也是不可避免的。因此，无论星系是通过合并还是隔离地进化而来的，人们的理解是，大质量的螺旋星系应该总是有一个凸起。

我们通过哈勃太空望远镜对星系数据进行统计分析的研究表明，目前约有18% 的大质量螺旋星系没有凸起。有趣的是，这一比例在过去80亿年中似乎没有变化，大约是已知宇宙年龄的一半。

我们的推论是基于这样一个事实，即从中心到边缘观察到单个指数函数来拟合这些星系的完整光轮廓。它表明该星系具有平坦的形状。研究光分布，我们进一步得出结论，银河系的平均中心亮度和尺度长度在过去80亿年中保持不变。但是，在相同的时间范围内，这些星系的质量和大小分别大大增加了40% 和60%。

这表明这些星系不是通过合并而是通过主要在边缘积累物质而增长的。这可能是中心没有凸起的唯一原因。

到目前为止，该假设能够解释大规模的无体积螺旋星系。但是，需要通过未来望远镜的观测进一步加强它，这些望远镜将能够以更好的分辨率探测内部星系动力学。

我们的工作被美国天文学会选为最有趣的最新成果之一。总结工作的帖子可在: http://aasnova.org/2016/04/04/形成星系-无凸起/。

Sonali Sachdeva (博士后研究员) 和Kanak Saha (教师) 印度浦那大学间天文学和天体物理学中心。