在宇宙時標上，星系的密度、光度和其他特徵量變化的過程。星系是指兩個或兩個以上的星體圍繞一個中心做旋轉運動而形成的一個物質的存在體。星系存在兩個最基本的特徵；1，有中心。2，有星體或物質圍繞這箇中心做旋轉運動。
基本介紹
- 中文名：星系演化
- 類別：天文學名詞
- 釋義：星系的密度、光度特徵量變化過程
- 領域：天文學科，宇宙學
星系的產生,星系演化史,相關問題,螺旋星系,橢圓星系,星系演化,
星系的產生
康德認為；星系是從原始星雲中產生出來的。原始星雲又是從什麼地方產生出來的呢？所以，該理論至少是片面的。宇宙大爆炸論者認為；星系或整個宇宙都是從一個什麼叫“奇點”的大爆炸中產生出來的。“奇點”又是從什麼地方產生出來的呢？所以，該理論至少又是片面的。其實，我們只要承認物質不滅或物質只存在形式上變化，就可以知道星系是如何產生的問題了。原來星系並不是從無到有地產生出來的，而是從另一種物質形式中轉化而來的。比如，當銀河系中的物體或星體都收縮到中心並形成一個質量很大的星體時，星體演化到一定程度時，而發生大爆炸，由於星體是一個高速轉動的物體，所以，星體大爆炸的碎片只在星體轉動的徑方向散開了，於是就形成我們現在的銀河系這種扁平狀態的存在摸樣。當然，銀河系目前正在收縮中。
星系演化史
在宇宙大尺度結構的研究中，星系只是被看作一個質點，它本身沒有什麼變化可言。但從星系內部看，也有自己的演化史。
幸虧由於星系離我們十分遙遠和光速的有限性，我們可以通過考察距離不同（因此年齡不同）的星系來研究它們的演化歷程。例如：仙女座大星雲離我們200萬光年，我們今天看到的實際上是它200萬年前的面貌。同樣，當我們觀察距離5000萬光年的室女座星系團中的星系時，它的光是5000萬年前發出的。藉助大型望遠鏡，我們可以看到處於宇宙深處的更年輕的星系。
剛剛從原始氣雲凝結出來的星系胚胎是什麼樣子，目前天文學家尚不清楚，因為在第一代明亮的恆星形成以前，這些遙遠的暗弱氣體是很容易逃過目前最強大的望遠鏡的追蹤的。隨著時間的推移，原始星系雲開始收縮和冷卻，一步步分裂為更小更密的碎片，由這些碎片中最終誕生出第一代恆星。第一代恆星比太陽要重得多，明亮得多，壽命也短得多。在大約1000萬年內便耗盡了自己的燃料，然後通過爆發形式把自己內部合成的重元素拋回星際空間，進入第二代、第三代恆星形成和演化的循環。上述過程的後果是星系越年輕，重元素的含量應越少，而顏色則應偏藍。天文觀測表明情況的確如此。
除了化學組成以外，星系的形態也隨時間而變化。早期星系的密度比現在高得多，相鄰星系在引力作用下彼此靠近，產生潮汐形變甚至合併為一的可能性也就高得多。80年代發射的紅外天文衛星發現了一批極亮的年輕星系，其中約65%表現出潮汐形變或合併的特徵：有的星系拖出一條"尾巴"，有的星系長出兩支"角"，有的雙星系之間有"橋"相通。
演化證據
一項針對形成早期宇宙的首批明亮星系的研究表明，大約在130億年前，這些星系的數目發生了戲劇性的變化。這篇對宇宙最早期時星系演化的觀察報告為星系形成等級理論提供了新證據，該理論認為，大星系建立在小星系間的碰撞和合併基礎上。
美國加州大學天文學家理察·伯文斯和加斯·伊凌沃斯利用哈勃太空望遠鏡對宇宙“大爆炸”發生後9億年間星系的形成情況進行了研究，並在9月14日的《自然》雜誌上介紹了他們的最新研究成果。
通過對太空中3塊暗色斑塊進行觀測，伯文斯和伊凌沃斯捕捉到了130億年前原始星系中的恆星發出的光亮。在如此遙遠的距離，只有最明亮的星系才能為人們觀察到。伊凌沃斯教授表示，這是至今人類獲得的最遙遠的紅外和光學信號，它們幫助人們觀察到星系形成最早期階段的情況。
研究人員觀察發現，“大爆炸”後的9億年後有數以百計的明亮星系，而在“大爆炸”後2億年間只有1個。伊凌沃斯說：“在‘大爆炸’後的7億年間，並沒有更大、更明亮的星系，而在隨後的2億年中卻出現了許多，因此在這個時期，肯定有許多小星系在發生合併。”
天文學家可以通過光線紅移現象了解太空光線是何時發出的。伯文斯開發出的軟體可以自動在哈勃太空望遠鏡獲得的數據群中搜尋出來自高紅移星系的數據。伯文斯目前在加州大學做博士後研究，是此篇論文的第一作者。他表示，他們為宇宙結構形成提供了一種量化的測量方法，因此能夠了解隨著時間的變化，小星系轉變成大星系的速度。
據悉，研究人員觀察到的星系比今天我們所在的銀河系和附近其他巨型星系要小許多。如果銀河系是位年長者，那么觀察到的星系則是姍姍學步的孩子或學齡前兒童。儘管研究人員此項研究中沒有觀察到小星系，但是，威爾金森微波各項異性探測器不久前準確探測到了它們的存在。
相關問題
在一個均質的宇宙中，我們是否居住在一個獨特而與眾不同的場所？
星系是如何形成的？
星系是如何隨著時間改變的？
星系是如何形成的，依然是天文物理學中最活躍的一個研究領域，並且繼續延伸至星系演化的領域，而有些觀念與看法已經被廣泛的接受。
從宇宙微波背景輻射的觀測已經證實，在大霹靂之後，宇宙有一段時間是非常同質性的，其間的起伏低於十萬分之一。
今天最能被接受的觀點是原始擾動的成長形成今天我們所觀察到的所有結構，原始擾動誘發局部地區氣體的物質密度增加，形成星團和恆星。這種模型的一種結果是在早期宇宙的一些地區因為有較高一點的密度而形形成了星系，因此星系的誕生與早期宇宙的物理息息相關。
在這個領域的研究有許多都聚焦在我們自己的銀河系，因為它是最容易觀察的星系。這些觀察必須能解釋，或至少不再增加分歧的意見，星系演化的理論，包括：
星暈非常巨大、稀薄、沒有自轉(或是只有微量的順向或逆向的轉動)，也沒有可觀察出的結構。
存在於暈中的恆星和星盤中的比較，通常都非常老和金屬量非常少(此處是一個對比，但是這些資料之間沒有絕對的關聯性。)
一些天文學家曾經鑑定出一些介於兩者之間的恆星，有人稱之為"低金屬密實盤"(metal weak thick disk)，也有人稱為"特殊第二族星"，不一而足。如果確實有明顯的區分，她們的描述將如同貧金屬星(但暈星並不那麼缺乏金屬，也沒有那麼老)，並且軌道非常靠近星盤，有點兒"虛胖"的，較厚的星盤形狀。
球狀星團是典型的老與貧金屬，不是所有的都像大多數的一樣是貧金屬，而且/或許有些是比較年輕的恆星。在球狀星團中有些恆星的年齡看起來好像和宇宙一樣老！(使用完全不同的測量和分析方法)
在每個球狀星團之中，實際上都是在同一個時間誕生的。(只有少數幾個顯示有不同世代的恆星分別誕生)
軌道細小(接近星系中心)的球狀星團，軌道接近星盤(對星盤是低傾斜的)和低離心率(比較圓些)，而距離較遠的球狀星團軌道來自所有的方向，也有較高的離心率。
高速雲，中性氫的雲氣，如雨般的向星系墜入，並且推測從一開始就是如此。(這是形成星盤中的雲氣與恆星誕生所必須的來源)
螺旋星系
在我們的銀河系形成的現代理論中，最早期(據知是天文學家Els，之後提出論文的有Olin Eggen, Donald Lynden-Bell,和Allan Sandage)描述在一次單獨(相對性的)的快速碰撞事件之後，銀暈伴隨著星系盤面誕生了。在1978年，出現另一種版本，(據知是SZ，作者有Leonard Searle and Robert Zinn)敘述的是一種漸進的過程，首先是較小的單位崩潰瓦解掉，然後才合併成為大的部份。
更為現代的想法是銀暈可能是曾經環繞銀河系旋轉的矮星系和球狀星團被毀滅之後的碎片，那麼銀暈將是老的部分被回收更新成新天體的場所。
在最近幾年，主要的想法被集中關注在星系演化上的合併事件，在電腦技術上的快速進展允許對星系演化做更好的模擬，並且觀測技術的改進也提供了許多遙遠星系經歷合併事件的數據與資料。在1994年發現我們的衛星星系，人馬座矮橢球星系(SagDEG)，正在被銀河系逐漸的撕裂和吞噬之後，這種事件被認為在大星系的演化中是十分普遍的。麥哲倫雲是我們的衛星星系，無疑的將來也會遭受和人馬座矮橢球星系相同的命運。合併掉大的衛星星系的事件或許可以解釋M31(仙女座大星系)看起來有雙重核心的問題。
人馬座矮橢球星系環繞我們我們銀河系的軌道幾乎是垂直銀河盤面的，他現在正在穿越盤面，每次穿越時恆星都會被剝離並進入我們銀河系的銀暈內，最後，人馬座矮橢球星系將只會剩下核心。儘管如此，他剩餘得質量仍然與巨大的球狀星團，像人馬座ω星團和G1一樣，但看起來則相當不同，因為有大量神秘的暗物質出現，使它的表面密度較低，而一但成為球狀星團，神秘的暗物質含量可能就很少了。
更多的矮星系與銀河系正在進行合併的例子是大犬座矮星系，被認為和2003年發現的麒麟座環和2005年發現的室女座星流有關。
橢圓星系
巨大的橢圓星系可能來自於規模較大或多次的吞噬作用。在本星系群的銀河系和仙女座星系(M31)是重力的主宰者，兩這正以高速彼此接近之中，由於我們還無法測出M31在垂直於視線方向上的速度，所以我們也不知道是否會愈銀河系相撞。如果這兩個星系相遭遇的話，重力擾動會使兩著都很劇烈的拋出一些氣體、塵埃和恆星進入星系際空間。 她們將各自分開移動、減速，然後因為重力牽引的作用再度碰撞。最後，這兩個星系可能合而為一，噴出的氣流和塵埃在新生成的巨大橢圓星系周圍狂舞著；在合併過程中拋出的氣體之中，新的球狀星團，甚至矮星系都可能出現，並且成為橢圓星系的星系暈。來自M31和銀河系的球狀星團也會留在暈中，成為其中的一部份。由於球狀星團內的恆星是緊緊的互相牽引住的，因此在這種大尺度的星系互動作用下能免於被摧毀；在恆星的尺度上，發生的改變很少。如果有人能從各處觀察合併的過程，他將進行得很緩慢，但是很壯觀的事件。在視野中，扭曲變形的M31非常壯觀，幾乎盤踞了整個天空，M31確確實實的被摧毀：邊緣發生翹曲，這可能是與本身的伴星系互動作用造成的，也可能是不久前經過的矮扁球星系-殘骸還是星系盤中能被看見的族群。
在我們的世代，星系的大集中(星系團和超級星系團)依然在進行中，這張由下往上的圖是"等級結構系統"(類似在大尺度下，星系形成的SZ圖。)當我們對銀河系與其他星系有更多的認識之後，關於星系形成與演化的最根本的問題，仍然只能做試探性的回答。
星系演化
目前全世界範圍內安裝了數以百計的凱克望遠鏡和哈勃天空望遠鏡對星系演變進行密切的觀測，其中夏威夷和美國航空航天局為中堅力量，但是近日美國航空航天局公布了一個關於星系的研究報告，在報告中我們可以看出目前一半的宇宙都出現了年齡格局的變化。
“天文學家認為磁碟星系附近的宇宙空間已經落戶到其目前的形態，而這個變化早在8億年前就出現了”美國航天局首席研究員蘇珊說到“我們已經觀察到了這一趨勢，很多星系這段時間內都在逐漸發生改變。”
如今，星系的形成主要是因為恆星的有規律的聚集成盤形，就像仙女座星系、銀河系一樣，而這些星系的自轉也導致其內部的其他恆星發生一定規律形的運動改變。NASA科學家觀測到遙遠的藍色星系跟別的星系所研究的結果不太相同，因為其內部的恆星的運動十分雜亂無章。不過藍色星系正在逐步的形成規律的磁碟運動。
星系演化趨勢
星系演化趨勢此圖的分數趨勢代表著盤狀星系在四維空間的跨度，每個跨度約為3億年之久。星繫到現在的時間有穩定的轉向較高比例的趨勢。在任何給定的時間內，越龐大的星系就位於更遠的地方，而低質量星系在圖上所表現出來的則是內部雜亂無章的運動規律，星系內的氣體也是朝著不同方向在運動，而且是以較慢的速度在旋轉。
藍色星系是一種代指，NASA解釋到，藍色代表著星系內部有很多恆星正在形成，無規律運動的天體很少，仔細觀察這一類星系，可以發現，他們的旋轉速度比以往任何時候都要快。而這種趨勢也是所有這一類的星系所共同表現出來的。
研究人員繼續說到：“我們研究的這些遙遠的藍色星系正在逐漸形成旋轉的盤狀星系，就像我們的銀河系。”
“以前的一些研究結果是有明顯的誤區的，因為那些星系的旋轉規律根本不像我們所發現的其他的宇宙中的星系。”亞利桑那大學天文學家班傑明·韋納說：“這些研究結果表現這些罕見的星系在宇宙中的表現十分正常，可以忽略那些錯誤的研究結果，從此可以看出星系並沒有改變。”
研究員在研究星系內部運動規律的時候並非只是用太空望遠鏡觀測，而是需要接受一些來自星系內部的發射線。這些發射線是典型的離散波長的輻射，是星系內射出的一種氣體。研究院發現當星系所發出的光被分成它的組成顏色時。這些發射線中也夾帶著星系的內部運動和距離的信息。
在過去的8億年中，大型、小型星系之間的合併的數量在急劇下降。從而導致恆星形成的超新星爆炸的恆星的形成率和破壞率也急劇下降。科學家認為，這些變化很可能成為一種趨勢。
