megaQ 2011-1-18 00:11
不用望遠鏡的天文學—M51星系
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[size=3] 這是「M51」渦狀星系，和多數螺旋星系一樣，它的旋臂，其實是由密度波構成的。這些密度波所產生的拖曳拉力，可能驅動著星系的「獨立」演化：意思是說，並不需要和另一個星系碰撞或吞併，它自己獨立的進行著一場演化。圖片來源：NASA-HST
傳統的星系演化模型都這麼說，一切，從螺旋星系開始 – 吞掉較小的矮星系，於是它變大，否則，它安分的保持螺旋原狀。只有當這些星系與另一個同樣大小的星系發生碰撞時，我們才會看到它變成不規則的、類似火車殘骸的形狀，最終，則回歸平靜於：一個橢圓形。至於在橢圓星系裡呢，所有恆星軌道就隨機了，不像我們在螺旋星系所看到的那樣，大家都在一個扁平的銀盤上順著一條狹窄的軌道繞行。
一種「獨立」星系演化的概念，則挑戰了既有的思維 – 這裡的「獨立」指的是，單獨或孤立的意思。這種「獨立」論的說法認為，星系可按照「哈柏序列」自自然然的演化（從螺旋至橢圓形），既不需合併，也不用碰撞來改變它們形狀長相如何。
很明顯，星系是會碰撞的 – 並且產生了許多不規則星系的形狀，這也是我們從觀測就可以看到的，但不難想像，一個孤立的螺旋星系的形狀，可能，也會朝向演化、或說是退化為橢圓星系發展 - 只要它們具備良好的、向外移轉角動量的機制就行。
標準的螺旋星系，有著平坦的盤面形狀，這是它自旋的結果，自旋可能來自於它起始的狀態。就像把披薩麵團旋轉拋向空中，麵團會形成一個盤子的形狀，同理，自旋，也會引起聚合的質量，以盤子狀成形。而按照角動量守恆的原理，盤子形狀，應該會沒完沒了的持續下去，除非這個星系因某種緣故失去了它的自旋。碰撞，是其中一種可能 - 或是質量、角動量發生向外的交換 - 就像溜冰選手將手臂伸展向外，會使旋轉速度趨緩一樣。
此時，密度波扮演著重要的角色。在銀盤上普遍可見的旋臂，並非一成不變的結構，其實，是密度波將一群運動中的恆星暫時的綁在一起。而密度波的生成原因，可能是源自於個別恆星磁盤間，軌道共振的結果。
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左：銀盤上橢圓軌道的恆星排在一起，引起重力共振，這是密度波可能的生成來源。右：密度波成為運動中恆星臨時被捆綁在一起的原因 – 是這件事情讓密度波看起來有了結構，不過被綁住的恆星和氣體只是暫時被集中在一起而已，合在一起一陣子之後，它們會分開，各走各的路。
有此一說這麼說：密度波代表著，對盤面自旋帶來煞車效果的無碰撞震波。然而，由於盤面煞車的減速只發生在其本身系統內，角動量守恆仍然是在獨立的系統中。
每個銀盤，都有一個共轉半徑 – 剛好在共轉半徑這一點上的時候，各個恆星以等同於密度波的同一軌道速度旋轉，（這也就是我們所觀察到的所謂「旋臂」）。在這個半徑以內，恆星運動速度比密度波更快 – 而超過這個共轉半徑以外，恆星運動的速度，比密度波更慢。
這，或許就可以解釋密度波為什麼是螺旋形狀的 – 並且也為角動量向外移轉提供一個機制了。共轉半徑以內，當恆星們推擠著通過密度波時，失去了一些角動量- 因而也將波向前推進了。在共轉半徑以外，密度波則拖拉著一整團移動速度緩慢的恆星 – 這時，要拖拉諸位恆星的密度波，則放棄了它的角動量。
結果是，外圍區的恆星被更進一步向外拋出，這使它們的軌道可以更隨機 - 而非被迫按照星系平面的平均軌道進行運動。而藉由這種方式，一個緊密結合、快速旋轉的螺旋星系就可以逐漸發展為外形平順的橢圓狀星系了。[/size]
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