位于距地球1.4亿光年的两个星系，NGC 2207和IC2163；约10亿年后它们将并合成一个更大的星系。（图片来源：哈勃望远镜）

　　天空中那些绚丽多姿的星系是如何形成的？星系之间是否存在演化关系？星系之间的猛烈碰撞是怎样的死亡和再生之旅？碰撞在星系演化中到底扮演怎样的角色？

　　撰文

　　夏晓阳（天津师范大学）

　　1. 引子

　　自上世纪20年代发现星系以来，已经过去了近100年。得益于各波段的大型地面、空间望远镜及大型巡天项目，特别是8-10米级的Keck，VLT， Subaru等大型地面光学和红外望远镜；JCMT，IRAM，ALMA等毫米波、亚毫米波望远镜；Hubble，Spitzer，Herschel，Chandra，XMM等空间光学、红外、亚毫米波和X射线望远镜及斯隆巡天大样本，对星系形成和演化的研究已经取得了长足的进步，而且这已经成为当今天文学家研究和认识宇宙的核心问题之一。

　　1.1 哈勃音叉形图：规则星系

　　80年前，哈勃（Hubble）在他的“星云世界”里，把当时发现的星系分成三种类型：椭圆星系、旋涡星系和透镜星系。其它所有不能纳入这一分类系统的星系统称为不规则星系。

　　其中，旋涡星系又细分为两类，一类是中央带有棒状结构的棒旋星系（SB）；另一类是无棒状结构的旋涡星系（S）。这两类星系又可以根据星系核球的大小和旋臂缠绕的松紧程度，细分为三个次型，分别用下标a、b、c表示（从a到从c，星系核球变小，悬臂变松，详见图1）。而椭圆星系则是按照椭圆扁率的大小进行分类。

　　尔后，一些天文学家在研究哈勃星系序列（图1）的过程中，猜测这个序列的星系有演化关系。最初认为星系从椭圆星系演化到透镜星系（S0），之后再演化到旋涡星系。所以把椭圆星系称为早型星系，而旋涡星系则被称为晚型星系。虽然这个猜测被之后的观测否定，但是星系的早、晚型术语沿用至今。至于不同形态的星系之间是否存有演化关系，则是一个备受关注的问题。

　　图1. 哈勃的星系音叉形态分类图（图片来源：en.wikipedia.org）

　　1.2 相互作用星系和特殊星系

　　1966年，著名天文学家阿尔普（Arp）利用帕洛玛（Palomar）200英寸望远镜，观测到了338个近邻不规则星系（不属于哈勃音叉图）的光学图像并将其编入特殊星系[1]。这338个特殊星系包含了很多栩栩如生的相互作用星系。

　　图2~5展示了几个有名的Arp特殊星系，它们大多与旋涡星系有关。其中一些已被各波段的地面和空间望远镜详细研究。从这些图像中可以清楚看到两个旋涡星系从相互接近到发生碰撞，开始物质的拖曳和交流（Arp 87），随后扯出潮汐尾（Arp 242），最终并合成一个星系的过程（Arp 244）。如果星系是正面相撞，还会形成车轮的形态（车轮星系）。

　　2008年4月24日，哈勃空间望远镜18岁生日之际，美国航空航天局和欧洲南方天文台联合发布了一批由哈勃空间望远镜观测的照片，不难发现，星系间的相互作用可以产生很多有趣的图景（图6）。

　　图2. (上) Arp 87，两个旋涡星系（NGC 3808A 和NGC 3808B）组成的星系对；(下) Arp 242，双鼠星系，可以看见明显的潮汐尾。两个系统距离地球约3亿光年。（图片来源：哈勃望远镜）

图3. Arp 244，天线星系（NGC 4038和NGC 4039）通过地面望远镜获得的单色光学图像（左上），可以看到两个星系已经并合到一起，有很长的两条潮汐尾。天线星系中心部分通过哈勃空间望远镜获得的高分辨图像（右下），可见左边的NGC 4028并合前是一个旋涡星系，而右边的NGC 4039并合前是一个棒旋星系。（图片来源：哈勃望远镜）