星系的形成和演化

在天文物理学中，有关星系形成和演化的问题有：星系是如何形成的，依然是天文物理学中最活跃的一个研究领域，并且继续延伸至星系演化的领域。从宇宙微波背景辐射的观测已经证实，在宇宙大爆炸之后，宇宙有一段时间是非常同质性的，其间的起伏低于十万分之一。今天最能被接受的观点是原始扰动的成长形成今天我们所观察到的所有结构，原始扰动诱发局部地区气体的物质密度增加，形成星团和恒星。这种模型的一种结果是在早期宇宙的一些地区因为有较高一点的密度而形成了星系， 因此星系的诞生与早期宇宙的物理息息相关。在这个领域的研究有许多都聚焦在我们自己的银河系，因为它是最容易观察的星系。这些观察必须能解释，或至少不再增加分歧的意见，星系演化的理论，包括：在我们的银河系形成的现代理论中，最早期（据知是天文学家Els，之后提出论文的有Olin Eggen，Donald Lynden-Bell，和Allan Sandage）描述在一次单独（相对性的）的快速碰撞事件之后，银晕伴随着星系盘面诞生了。在1978年，出现另一种版本，（据知是SZ，作者有Leonard Searle and Robert Zinn）叙述的是一种渐进的过程，首先是较小的单位崩溃瓦解掉，然后才合并成为大的部分。更为现代的想法是银晕可能是曾经环绕银河系旋转的矮星系和球状星团被毁灭之后的碎片，那么银晕将是老的部分被回收更新成新天体的场所。在最近几年，主要的想法被集中关注在星系演化上的合并事件，在电脑技术上的快速进展允许对星系演化做更好的模拟，并且观测技术的改进也提供了许多遥远星系经历合并事件的数据与资料。在1994年发现我们的卫星星系，人马座矮椭球星系（SagDEG），正在被银河系逐渐的撕裂和吞噬之后，这种事件被认为在大星系的演化中是十分普遍的。麦哲伦云是我们的卫星星系，无疑的将来也会遭受和人马座矮椭球星系相同的命运。合并掉大的卫星星系的事件或许可以解释M31（仙女座大星系）看起来有双重核心的问题。人马座矮椭球星系环绕我们我们银河系的轨道几乎是垂直银河盘面的，他现在正在穿越盘面，每次穿越时恒星都会被剥离并进入我们银河系的银晕内，最后，人马座矮椭球星系将只会剩下核心。尽管如此，他剩余得质量仍然与巨大的球状星团，像半人马座ω星团和G1一样，但看起来则相当不同，因为有大量神秘的暗物质出现，使它的表面密度较低，而一旦成为球状星团，神秘的暗物质含量可能就很少了。更多的矮星系与银河系正在进行合并的例子是大犬座矮星系，被认为和2003年发现的麒麟座环和2005年发现的室女座星流有关。巨大的椭圆星系可能来自于规模较大或多次的吞噬作用。在本星系群的银河系和仙女座星系（M31）是重力的主宰者，两者正以高速彼此接近之中，由于我们还无法测出M31在垂直于视线方向上的速度，所以我们也不知道是否会与银河系相撞。如果这两个星系相遭遇的话，重力扰动会使两著都很剧烈的抛出一些气体、尘埃和恒星进入星系际空间。 她们将各自分开移动、减速，然后因为重力牵引的作用再度碰撞。最后，这两个星系可能合而为一，喷出的气流和尘埃在新生成的巨大椭圆星系周围狂舞著；在合并过程中抛出的气体之中，新的球状星团，甚至矮星系都可能出现，并且成为椭圆星系的星系晕。来自M31和银河系的球状星团也会留在晕中，成为其中的一部分。由于球状星团内的恒星是紧紧的互相牵引住的，因此在这种大尺度的星系交互作用下能免于被摧毁；在恒星的尺度上，发生的改变很少。如果有人能从各处观察合并的过程，他将进行得很缓慢，但是很壮观的事件。在视野中，扭曲变形的M31非常壮观，几乎盘据了整个天空，M31确确实实的被摧毁：边缘发生翘曲，这可能是与本身的伴星系交互作用造成的，也可能是不久前经过的矮扁球星系-残骸还是星系盘中能被看见的族群。 在我们的世代，星系的大集中（星系团和超星系团）依然在进行中，这张由下往上的图是"等级结构系统"（类似在大尺度下，星系形成的SZ图。）当我们对银河系与其他星系有更多的认识之后，关于星系形成与演化的最根本的问题，仍然只能做试探性的回答。NGC 3610显示了亮盘的一些结构，这表明它形成于不久之前。NGC 891, 非常薄的盘状星系Messier 101的图像, 一个原型的正向旋涡星系涡旋星系ESO 510-G13，因与其他星系碰撞而发生了翘曲。当与之碰撞的星系被完全吸收后，这种畸变将会消失。这一过程的时标约几百万年。