【社刊 18 處暑】星系間的交互作用(下)

作者:吳仲維

星系交互作用產生之主要原因

1. 重力: 星系交互作用的最主要因素,重力使兩個星系靠近並產生合併的現象。

2. 潮汐作用: 潮汐力產生的原因是一個物體的不同部分受到來自另一個物體的重力場強度不相同,在靠近重力場源那側受到的重力大於遠離的那側,重力不均造成了物體被拉伸。潮汐力是一種差動力,也是重力場的次級效應,所以嚴格來說潮汐力也是重力的一種。潮汐力加速恆星和星系形成的過程。在星系團外由於潮汐力的作用比較小,氣體在過去的上百億年中收縮比較平穩,恆星形成和恆星系代比較平穩,碰撞和合併也比較緩慢。

3. 暗物質: 暗物質作用也占據了重要的地位,因為從瑞士天文學家弗里茨·茲威基(Fritz Zwicky)觀測后髮座星系團的數據中,星系恆星的質量(重力)並不足以讓各星系待在星系團內,必須要有更大的質量且我們無法觀測到的物質補足,才能夠讓星系聚集形成今日所見之景象,而這些無法觀測到的物質就是所謂的「暗物質」。暗物質在星系團內的質量推估大約占85%,所以暗物質的存在讓原本無法靠近的兩個星系相互合併,可以說宇宙形成現今我們所見之模樣,都要拜暗物質所賜。

圖七:暗物質與星系交互作用示意圖。紅色與黃色是普通物質分布場所,藍色與紫色是暗物質分布之場所。來源:耶魯大學。


觀測方法

研究交互作用星系的天文學分支叫做星系天文學,它是利用天文光譜學來分析天體輻射光譜的方式,研究交互作用星系及其組成部分(如核心、氣體星雲、恆星和超新星等)。

天文光譜學的細分如下:
-可見光天文學
-紅外線天文學:可用來觀測宇宙恆星所發出的可見光,經由紅移效應後所產生的紅外線。
-無線電天文學:星系的交互作用及其核心的其它活動是其良好觀測目標,比如在橢圓星系的無線電圖上可以看到比其光學可見部分大得多的結構。
-紫外線天文學:可用來了解星際介質的化學成分、密度以及溫度,以及高溫年輕恆星的溫度與組成,星系演化的訊息也可從紫外線觀測得知。
-X射線天文學
-伽馬射線天文學

星系間距離的測定可以通過光譜的都卜勒效應得知。

圖八(上):不同波段觀測之下所呈現的星系樣貌。來源:NASA。


結論

星系的交互作用可以說是宇宙中最獨特的現象之一,在碰撞的過程中形成大小不一、形狀千奇百怪的星系,實在令人著迷,在藉由研究這些現象的過程中,我們也可以更進一步地認識我們身處的這個宇宙。


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