宇宙中的星系——什么是星系？

“星系”这个词在英语中的词源来自希腊语，意思是满天繁星。星系从广义来说指的是由无数恒星系和星际物质组成的运行系统。就像我们身处的银河系一样，包含约1000亿颗恒星，数不清的星际物质、宇宙尘埃和暗物质，并且受到重力的束缚，围绕着银河系的核心缓慢旋转。星系在旋转时有两种方式，一种是众多质量小的星球围绕着一个质量巨大的核心运行，还有一种是星球之间具有一个共同的质心，星球们围绕着这个质心转动。宇宙中的多数星系都是以第一种方式运行的。

星系的种类有很多，矮星系中只有几千万颗恒星，椭圆星系则可能有成兆颗恒星。但是它们的共同点是都具有一个质量核心，并且绕着它进行运转。一个星系中通常不但包含单独的恒星和星际物质，还包含数量众多的双星乃至多星系统，以及星团和星云。

在星系之间的广大区域，是极其稀薄的等离子体。这些等离子体具有宇宙的纤维状结构，并且比宇宙的平均密度要高。我们将这样的物质称作星系际介质。这些介质通常是氢元素发生电离后形成的，含有等量的电子和质子。星系际介质的密度通常能够达到宇宙平均密度的10～100倍，在一些富星系团内能够达到平均密度的1000倍以上。

以地球的观察角度来说，星系际介质通常是被电离的气体。这些介质具有很高的温度。当宇宙中的气体从空旷的宇宙空间进入星系际介质时，温度会提高到10开，这个温度能够使氢原子相撞时产生自由电子。像这样具有温度的星系际介质被称为温热星系际介质。通过使用数学模型在电脑上模拟这一过程，我们可以发现宇宙中大约一半的物质都可能是以这种具有一定温度的低密度状态存在的。气体从温热星系际介质进入星系团后，温度会继续升高，达到100开以上。

在人类能够观测到的宇宙范围内，拥有超过1000亿个星系。这些星系能够形成庞大的星系群或者星系团，这些星系团又会形成更大的超星系团。从远处看它们像纤维状的薄片一样，在宇宙中围绕着某个巨大的空洞旋转。

星系中还存在着许多暗物质。虽然我们对暗物质还没有深入的了解，但是能够推算出在很多星系中这些暗物质所占的质量都超过90%。同时，根据我们的观测，大多数星系的核心都有一个超大质量的黑洞，这些黑洞能够解释为什么有些星系的核心非常活跃。我们太阳系所在的银河系，也具有一个隐藏着的黑洞核心。

星系的大小往往具有很大的差距。小型的不规则星系通常直径在6500光年到2.9万光年之间。银河系这样的旋涡星系的直径通常在1.6万光年至16万光年之间。椭圆星系的体形较大，最大的椭圆星系的直径能够达到49万光年。星系中拥有数千亿颗恒星，具有的质量相当于太阳质量的100倍至1万亿倍。星系内部的恒星进行运动，星系本身围绕核心自转，星系作为一个系统在宇宙中也进行运动。在过去，天文学家曾经认为，星系的自转沿顺时针方向和沿逆时针方向的概率相同，但是经过观察，我们可以看到沿逆时针方向自转的星系数量更多。

星系在宇宙微波背景上具有红移现象，这就说明在空间方向上这些星系是在逐渐远离我们的。这个现象从一个角度上证明了宇宙大爆炸理论，也能说明宇宙正在膨胀。

从大尺度上来说，星系是基本均匀的。但是从更小的尺度上来看，星系内部十分不均匀。大麦哲伦星系与小麦哲伦星系组成了双重星系，这个系统与银河系一起又形成了一个三重星系。

很少有星系在宇宙中是单独存在的，通常来说星系都被看做视场星系。很多星系和其他星系之间存在着重力的相互作用。如果有50个左右的星系在一起形成一个群落，这样的星系群落就被称为星系群。规模更大、包含星系更多的群落则被称为星系集团。这样的集团通常以一个巨大的椭圆星系作为核心。这个星系的巨大引力会将邻近的星系撕碎，加入自己的星系中。在更大的尺度上，还存在着超星系集团，其中包含数万个星系、星系群和星系集团。在这个尺度上，星系仿佛一个薄片，在各个方向都呈现出同性和均质。