為什么星系的運動很復雜
世間萬物無時無刻不在運動,人雖然看起來是靜止不動的,可是也是隨著地球一起轉動的。各類天體亦是如此,龐大的星系梅田也在不知疲倦的運動??墒菫槭裁凑f星系的運動很復雜,其中的原因是什么呢?相信許多朋友們都不太了解,下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
首先,星系有自轉,即個星系繞著自身的某根軸在轉動,類似于地球繞地軸的自轉。但星系并非如地球般的單個剛體,它們是大量恒星以及星際介質引力維系在一起組成的集合體。因此,星系自轉具體表現為星系中眾多恒星繞星系中心的轉動,但每一個恒星轉動的角速度隨恒星到星系中心距離的不同而不同。這種形式的自轉稱為較差自轉或較差轉動。包括銀河系在內的大部分星系都有自轉,其中盤狀星系(旋渦星系和透鏡狀星系)的轉動速度較大,橢圓星系的轉動速度較小。
除自轉外,星系還在宇宙空間中參與多種形式的體運動。從太陽所處位置上看,星系的運動主要含兩種成分,即系統性的退行運動和星系的本動。
星系參與系統性退行運動情況較為簡單。在宇宙中任一點的觀測者看遠處的星系,都會發現它們在遠離自己而去。這種退行緣自宇宙大爆炸引起的空間膨脹,其速度大小服從哈勃定律,即距離越遠,退行速度越大,因此,這種系統性的退行運動又稱為&ld;哈勃流&rd;。例如,較近的室女星系團距離為6200萬光年,退行速度約1200千米/秒;距離為326億光年的長蛇II星系團,退行速度高達60 000千米/秒。
相比之下,星系本動的情況則要復雜得多。
星系的本動,指單個星系的本身運動,其速度(包括大小和方向)因星系而異,具體情況取決于周圍其他星系的引力作用。在許多地方,星系的空間分布&ld;雜亂無章&rd;,星系本動速度的大小和方向也就各不相同,用數學語言來表述就是&ld;隨機分布&rd;,沒有什么規律。但是,倘若在一個區域內存在某種質量巨大的天體系統,如星系團或超星系團,那么該系統巨大的引力作用就會使附近大批星系的本動速度呈現一定的規律性,即表現出一致趨向該大質量天體系統的運動。正因為如此,仔細分析星系本動的規律,便可發現這種局域性的大質量天體系統,并進而探究其性質。
1988年,英國天文學家林登貝爾等人分析了400個橢圓星系的本動速度,結果表明這些星系的本動呈現兩種系統性變化趨勢:其一是趨向室女星系團中心的運動,其二是朝向半人馬座中某一點的運動。趨向室女星系團中心的運動,是因為室女星系團的引力,使周圍星系的運動偏離了哈勃流。而朝向半人馬座中某一點的運動,則說明那個方向上必有一個區域集聚了大量的物質,或者說集中了大量的星系團(包括其中的暗物質),人們將其取名為&ld;巨引力源&rd;。巨引力源的總質量估計為太陽質量的5&ties;1016倍,超過銀河系質量的35萬倍。其造成的星系對哈勃流的偏離更為明顯。巨引力源的距離約為2億光年,比室女星系團遠得多,但它所引起的星系本動速度接近600千米/秒,而室女星系團引起的星系本動僅為約250千米/秒。巨引力源的位置恰好處于銀道面附近,于星際消光非常嚴重,直接觀測頗為不易,但通過對星系運動狀態的分析,仍然可以探知它的存在。
上面所討論的對象是&ld;場星系&rd;即不隸屬于星系團的星系。對于星系團內的星系(稱為團星系)來說,運動狀態也許更為復雜,因為除了參與星系團的體運動外,團星系個體還在星系團內部作相對運動。
星系團會有緩慢自轉,表現為團內星系繞著星系團中心在轉動。但是,不同星系在團內的運動速度并非&ld;步調一致&rd;,而是略有不同,這就是說團內星系之間有相對運動。全部團星系相對運動速度的大小通常用彌散速度來衡量。一般來說,星系團的范圍越大,或者團內星系的個數越多,團星系的彌散速度也越大;小星系團內星系的彌散速度約為250~500千米/秒,而大星系團內星系的彌散速度可高達2000千米/秒。
星系團的體運動,也含有服從哈勃定律的哈勃流運動和團的本動兩種成分。于哈勃流運動的規律是距離越遠,退行速度越大,因而對于非常遙遠的星系團來說,團的本動相對于哈勃流并不占主要地位,但近星系團的本動速度可以很明顯,甚至可以超過哈勃流的速度。