河外星系和活动星系

1. 河外星系和活动星系 河外星系 －－银河系以外的星系

2. 星系 宇宙结构的基本单元 1920年以后才 被天文学家确认 1936年 The Realm of the Nebula -- Edwin Hubble 河外星系

3. 星云的观测 • 1871法国天文学家Messier发表了包含110个星云的Messier星表，其中有40个星系。 • 1800年W Herschel发表了2500个天体的星表。 • 1864年J Herschel 发表了一个星团河星云总表，后来演变为包含10，000个以上星系的新的总表（NGC）。 •  现在星团或星系的名字都用M 或NGC来表示， 如M31, NGC224 河外星系

4. 河外星系的发现 • 1750年英国教士Wright 提出银河是恒星系统 • 1755年德国人Kant 认为观测到的许多星云的扁平形态是由于旋转引起的。他们是与银河系类似的“宇宙岛“ （Island Universes） • 1920年Shapley 通过观测球状星团的分布确定了银河系的大小和太阳离银河系中心的距离。 • 1920年发生了天文界历史上最著名的大辩论 河外星系

5. Shapley － Curtis 大辩论（The Great Debate） • 1920年美国天文学会专门为这两位天文学家举行了一次会议，主题是关于宇宙的距离尺度。 • 辩论的焦点： • 观测到的旋涡星云有多远？ • 这些星云是恒星系统，还是气体云？ • 旋涡星云再天球上的分布为什么有隐带(Zone of Avoidance) ？ • 为什么星云的谱线出现红移？ 河外星系

6. 隐带（Zone of Avoidance） Hubble 1934年 河外星系

7. Shapley － Curtis 大辩论 (The Great Debate） Shapley： ● 旋涡星云是银河系中的气体云。银河系是整个宇宙 ● 银河系对旋涡星云施加了一种未知的排斥力隐带分布和星云退行现象。 Curtis： ●宇宙有无数类似旋涡星云的星系构成。银河系是其中之一。 ●有些旋涡星云出现隐带，如果银河系也有隐带，如果太阳在隐带中，如果旋涡星云是河外天体，旋涡星云就有隐带。 河外星系

8. 哈勃（Hubble）的裁决 • 1924年Hubble 发现了 ‘仙女座大星云’（M31）中的造父变星 • 仙女座大星云是恒星系统 （现在叫仙女星M31或 NGC224） • 由造父变星的周光关系测定仙女座大星云的距离为150kpc (现在的精确值770kpc), 大于当时已知的最远的球状星团距离（100kpc）。  仙女座大星云是河外天体 河外星系

9. Hubble分类图 不是星系演化顺序， 仅仅是从观测形态出发的分类 河外星系

10. 星系的分类 Hubble分类法(按形态): ◆椭圆星系(Ellipticals) : 圆形或椭圆形,亮度平滑分布 ◆ 旋涡星系( Spirals) : 中央核球加平坦的盘,有旋涡结构 ◆ 棒旋星系(Barred Spirals) : 中央核球 + 棒 + 平坦的盘 有旋涡结构 ◆ 不规则星系(Irregulars) : 几何形状不规则 ▲ cD galaxies: 超巨,弥漫星系, 星系并合结果,多核 ▲Dwarf galaxies: 矮星系 dE, dIrr, 无亮核,小质量 河外星系

11. Hubble 分类 – 符号表示法 • Ellipticals ：En, n = 10 ( a-b ) / a, • a － 半长径 b － 半短径 • n = 0，1，2，3，4，5，6，7 • 椭圆的扁平程度 • Spirals ： Sa, Sb, Sc (无棒) • SBa, SBb, SBc (有棒) • Irregular ： Irr I, Irr II 河外星系

12. 旋涡星系 spiral NGC1232 4个特征： 1 气体和恒星运动比较 规则(整体) 2 大量的冷气体和尘埃 3恒星形成仍然发生，尤其是在旋臂中 4 有旋臂结构 ◆ 质量 109－1011M 直径 6 到 30 kpc 河外星系

13. 椭圆星系 Elliptical 4个特征 1.恒星的运动比较随机轨道偏心率较大 2. 没有(或少量)气体 3. 没有新的恒星形成发生也就是没有年轻恒星, 只有年老的恒星 4. 没有旋臂结构 ◆质量 106－1013 M ◆直径 1 到150 kpc 河外星系

14. 不规则星系 Irregulars 1. 形状非常没有规律 2. 气体和尘埃多少不定 3. 有恒星形成发生, 有些可能有恒星形成暴 4. 有年老和年轻恒星 ◆质量大约108到1010M  ◆直径 2 到9 kpc 矮椭圆星系和矮不规则星系是宇宙中最丰富的天体 河外星系

15. 大麦哲伦云和小麦哲伦云 ---- 银河系两个卫星星系 (LMC) (SMC) 河外星系

16. 星系的分布和星系集团 ▲ 星系在天空上的分布基本上是均匀的 银道面方向: 气体和尘埃的影响 在光学波段上有隐带 “zone of aviodance” 射电波段可以观测, 也发现了星系 ▲ 星系的空间分布不平滑 两维分布 + 距离  星系有成团的倾向 万有引力的作用 ▲目前可观测到的星系数目大约是 4 1010个。 ▲ 最多的星系是不规则星系，其次旋涡星系和椭圆星系 河外星系

17. 星系集团 • 星系群 ： • 比较松散，成员数目教少。没有规则（如：本星系群他the Local Group） • 星系团： • 星系数目很多, 结构比较紧凑,有规则，如： Coma, Virgo • 超星系团 • 星系团的集合，如本超星系团 （Local Supercluster） 河外星系

18. 本星系群 (Local Group of galaxies) ---- 银河系所在的星系团 ▲ 基本概况：< 15 Mpc 内星系, 大约有 40 个星系 1. 松散系统，星系间距离大于星系尺度 2. 最亮的三个是旋涡星系: 银河系, M31(仙女大星云), M33 其它的都是不规则星系 (大部分) 和 椭圆星系 (M32) 河外星系

19. 本星系群 主要成员 河外星系

20. M31 河外星系

21. 本星系群成员相对位置 河外星系

22. 星系团 Virgo 星系团, 近千个星系最近的 : 50 million ly Coma 星系团. 几千个星系距离: 300 million ly 河外星系

23. 超星系团 (superclusters) 河外星系

24. 测量星系：星系的光谱观测 ▲ 整体：把星系作为一个天体，测量它的总光谱。 一般测量星核区，获得总体运动，核球光谱。 ▲ 个别：高分辨率观测，测量星系不同部位的光谱。 星系的内部运动， 不同星族成份，研究星系中恒星的形成历史 星系光谱信息： 确定星系的距离：多普勒效应，Hubble定律 确定星系的化学成份，运动学性质 星系的金属含量，反映星系中的恒星形成和演化 星系的年龄等 河外星系

25. 星系光谱图例 (1) 波长 (m) 红外波段 河外星系

26. 星系光谱图例 (2) 河外星系

27. 星系距离的测定 不同距离上的天体，测定距离的方法也不同： ▲ 太阳附近恒星 ：三角时差方法 ▲ 银河系内天体 ：三角时差，天琴RR变星周光关系 ▲近邻星系 ：天琴RR变星，造父变星周光关系 ▲远距离天体 ：Ia型超新星光变，Hubble 定律 其它许多方法 ：对具体的研究对象，有具体的方法 河外星系

28. Hubble定律-- 确定最远天体距离的方法 • Hubble定律：d = v/ H0 • H0  Hubble 常数 km/s/Mpc • 所有星系都有红移光谱 ：星系彼此远离，宇宙膨胀 • 远的星系远离速度快 ：均匀膨 H0值： 100 h (km/s/Mpc ) 0.5 < h < 1.0 河外星系

29. Hubble 定律 V  d H0 -- slope 河外星系

30. Hubble定律的意义 ▲Hubble定律反映了宇宙的膨胀 • 由宇宙膨胀引起的谱线红移叫宇宙学红移 • 宇宙的距离 D=V/H0 • 如果宇宙膨胀是均匀的，那么可以确定宇宙的年龄： t ＝ D / V = 1 / H0 • 星系的退行表明它们在过去必定靠得很近，那么它们的起点到底是什么？宇宙是从哪里开始膨胀的？  大爆炸宇宙学 （Big Bang） 河外星系

31. 星系质量 恒星的轨道运动  确定星系质量 测定恒星的运动速度  引力 测定运动轨道的半径  半径范围内物质的质量 星系自转曲线 暗物质存在的证据 可见物质和暗物质 宇宙的总体密度 河外星系

32. 暗物质 (Dark Matter)是什么？ 星系和星系团中 95％ 是暗物质 不发光，但是有引力效应 可能的候选体： 行星 planets, 棕矮星brown dwarfs, 白矮星white dwarfs, 黑洞 black holes 中微子 neutrinos 其它粒子 ★ The nature of dark matter is one of the central problems in astronomy today. 河外星系

33. 从地球出发宇宙旅行 谢谢大家 河外星系