遥感教程第A-2页¶
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哈勃望远镜
在开始探索宇宙的发展和历史之前，从大爆炸后的第一个瞬间开始，我们想向这位作家（以及许多其他人）所认为的人类迄今为止设计的最伟大的科学仪器——第一个大型天文台致敬。 哈勃太空望远镜 （我们通常称之为 HST ）没有其他仪器比这座在外层空间的壮丽天文台更能提高我们对天文学和宇宙的认识。也许没有其他天文台像哈勃望远镜一样，以其众多耸人听闻的照片捕捉到公众的想象。HST提供了许多关于恒星、星系、尘埃云、爆炸性恒星以及星际和星系际空间的独特视角，将我们的视野扩展到了宇宙的最外层。HST带来了 革命 在我们对天文学和宇宙学的理解中。
这是迄今为止最好的望远镜，它的名字是为了纪念埃德温·哈勃，他证实了星系的存在、分布和运动，从而实现了一个膨胀的宇宙。他在20世纪20年代用100英寸的帕洛玛望远镜工作：
在20世纪90年代之前，作为可见实体的恒星和星系的测量和研究需要在地面位置使用光学望远镜。这张地面照片显示了位于亚利桑那州的基特峰天文台，它是北美最重要的天文台之一。
但这些望远镜受到了大气的不利影响。即使远离城市和高山，大气、烟雾、任何附近的灯光等的影响也会降低这些图像的质量。随着太空计划的发展，天文学家们梦想将望远镜放置在观测条件得到优化的太空轨道上。
HST是1946年莱曼·斯皮策首次提出的概念的产物，他认为任何放在地球大气层上方的望远镜都能从外层空间产生更好的图像。航天飞机于1990年4月从航天飞机上发射，经过超过10000名科学家和工程师20年的努力，该项目得到了资金支持，航天飞机建造完成了这张航天飞机海湾的STS照片。
哈勃太空望远镜及其任务的一般描述由 Space Telescope Science Institute .
此剖面图显示了HST的主要特征和组件：
但是，当科学家们检查第一批图像时，他们很沮丧地发现这些图像既没有聚焦，又缺乏预期的分辨率。事实证明，由于研磨主镜（2.4 m）形状的根本错误，HST无法提供预期的清晰图像。曲率减少了不到100毫米，但这个误差阻止了光的聚焦以产生清晰的图像。
1993年12月，哈勃号被航天飞机重新访问。当时，5次太空行走成功地安装了校正镜，并维修了其他传感器。这套装置被称为Costar（空间望远镜轴向校正光学更换）。
在第一次执行任务后，望远镜拍摄的一组图像显示了光学和电子响应的显著改善，这组图像显示了在（左下角）和AFTE之前（左下角）由广域行星照相机观测到的著名的M100（M表示更混乱的目录号）星系。R（右下角）校正。为了说明HST如何改善天文学家对遥远天体的看法，在顶部显示了基特峰的一幅最好的地球望远镜图像：
另一种判断高铁在大气层上方所提供的改善的方法是比较由地面望远镜和高铁所记录的来自类星体源的可见光和紫外线中氢的吸收光谱。
HST仪器的灵敏度提高，不受大气吸收的影响，在电磁频谱的紫外和可见区域提供了更多检测到的氢线。
有关原始仪器和后来添加的仪器的信息将出现在由 Space Telescope Science Institute . 太空望远镜研究所编制的这张图表中给出了从早期到现在，从仪器放置和服务任务以及对未来的展望方面的高铁历史：
HST上最初的5个仪器是：FOC（微弱物体照相机）；FOS（微弱物体光谱仪）；GHRS（戈达德高分辨率光谱仪）；HSP（高速光度计）和WFPC1（广域行星照相机）；由于（通过航天飞机的后续访问）是NICMOS（靠近INFRARED摄像机和多目标光谱仪；STIS（太空望远镜成像光谱仪）；ACS（高级摄像机测量员）；FGS（精细制导传感器）；和WFPC2；未来的增加（航天飞机飞行恢复时）将是COS（宇宙起源光谱仪）和WFPC3。
因此，高铁的预期寿命甚至超过了最初的10年，现在有望延长到2010年。第三次航天飞机维修任务分两个阶段成功完成：1999年12月和2002年3月。除了更换或“修复”卫星总线上的现有系统外，还添加了一种新的仪器ACS（用于测量的高级摄像机）；它的分辨率和清晰度提高了十倍。下面是四幅天文物体的图像；它们的身份和描述包含在标题中（记住，只需单击右下角）：
|左上角：蝌蚪星系（ugc 10214），距地球4.2亿公升-恒星的长尾巴是与一个蓝色小星系碰撞的结果；右上角：锥状星云（ngc 2264）-一个类似于鹰状星云的气体/尘埃云；左下角：欧米伽星云，中心部分，其中这个uv/v图像显示氢和硫呈玫瑰色和红色，其他颜色是由于氧和氮；右下角：老鼠星系（NGC4676），现在分解为两个相互碰撞的星系。γ
在这次维修任务中，NICMOS（近红外摄像机和多目标分光镜）传感器在近三年的故障中得到了维修和升级。这对图像，左边是acs，右边是nicmos，显示了部分锥状星云的成像质量得到了改善，显示出了主导这一特征的尘埃的更多细节：
在太空望远镜科学研究所（马里兰州巴尔的摩）可以看到许多信息最丰富的HST图像。 Home Page . HST已经从地球以不同的距离（几乎是到空间边缘）成像了许多星系，因此在宇宙的一般演化过程中，这些星系也处于不同的时间阶段（见下文）。下图显示了宇宙大爆炸后2、5、9和14亿年的旋涡星系和椭圆星系（但不是同一个个体），其序列代表了这一发展的不同阶段。（注：最近对哈勃常数的测定 [see page 20-9] 表明14岁年龄可能过高。）
他们的历史阶段（年龄）。|
哈勃对宇宙的研究产生了显著的影响。为了纪念“每日天文图”（APOD）网站成立10周年，该网站编辑了一幅由HST拍摄的各种更壮观图像的拼贴画，并辅以其他仪器制作的一些图像。这是在这里复制的；在这一部分其他地方的蒙太奇中，注意许多单独的嵌入图像。
然而，技术和设计允许地面望远镜“赶上”高铁，至少对于那些相对接近地球的星系。最近激活的地面望远镜的分辨率和清晰度与哈勃望远镜相当。这是由于更好的探测器、改进的光学系统以及地面望远镜在目标上停留更长时间的能力（使接收到的辐射增强，从而生成明亮的图像）造成的。这幅图片显示了由ESO的南半球望远镜（左）和哈勃望远镜（右）拍摄的海顿紧群星系（HCG87）：
因此，现在的需要是在太空中有一个更强大、更精密的望远镜来替代HST。按照惯例，美国宇航局和天文学界似乎总是在制图板上安装新的望远镜。太空望远镜研究所和戈达德太空飞行中心计划的大型后续行动是NGST，代表 下一代空间望远镜 . 2002年，这架望远镜正式更名为詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），以表彰第二任美国国家航空航天局局长在推动太空计划方面的成就，包括他在月球计划中的作用。尚未就其组件和建造该组件的承包商作出最终决定，但已确定发射日期不早于2009年。主要的科学目标是获得关于宇宙历史的100万到20亿年的改进信息。望远镜将集中在光谱的红外区域，范围在0.6到28微米之间。由于光谱波长红移是由空间膨胀引起的（见第20-9页），因此宇宙历史上这些早期时刻的可见光现在将具有，正如接收，延伸到近红外。（更多信息，请查看 Goddard's NGST 地点）
这张图总结了空间望远镜在大爆炸后对最早事件进行及时观测的能力的当前和预期状态：
HST和Chandra（第20-3页描述的X射线观测器）具有检测能力和分辨能力，可以追溯到大约10亿年前，而JWST将能够检测到大约30万年前发生在B.B.之后的事件并对其进行图像处理，这将是困难的。因为当时宇宙是不透明的，所以用视觉的方法来检验。
星系的性质和演化
在进入这个页面和它的同伴的内容之前，你可能希望浏览一个关于星系在这个由 Sloan Digital Sky Survey 团队。
在20世纪20年代之前，天文学家认为宇宙是由一个巨大的 星星 * ，它被命名为 银河系 （M.W.）。在一个晴朗无月的沙漠之夜，用肉眼可以看到，M.W.就像一条穿越天球的带子，上面有几千颗可见的星星。许多出现在更远的地方的微弱恒星被认为是在M.W.盘的周围。这张由E.Houck和A.Good于1926年用蓝色滤光片拍摄的出色的照片蒙太奇，在地球自转时，他们的相机在snyc中移动，总曝光时间为45分钟，描绘了银河系中恒星的密集度，意味着恒星的数量是数百万。
但是，随着大爆炸概念的确立，人们意识到膨胀率将把遥远的“恒星”带到远离M.W.影响范围的地方。在20世纪20年代末，埃德温哈勃是第一个提出强有力的证据，证明这些恒星实际上是其他星系。因此，宇宙变得更大，包含了无数（数十亿）个星系，组成了可见的实体，填满了不断膨胀的空间。
A 银河系 是恒星的有组织的集中或聚集，通过相互的引力作用聚集在一起，聚集在一起，包含数十亿个离散的单个恒星物体，这些物体被组织成不同的形状/结构。一个星系的典型最大尺寸在时空直径上从80000到150000光年不等。最上镜类型的中心盘——螺旋星系——大约有10000光年厚。星系包含着大量的单个恒星——一个常见的数字是1000亿颗恒星，但是有些恒星的数量少了，而且有几个甚至高达1万亿颗。在可观测的宇宙中，至少有100亿个星系发展起来。（当然，这些数字是通过对我们附近空间的抽样区域进行估计；试图准确地清点 all 通过某些计数方法计算的星系和恒星目前是不可行的，而且由于可能存在超出可观测极限的恒星/星系，它们将遭受不完全性的影响。）
虽然关于恒星是否一定是在第一个星系之前形成的这个问题还没有完全解决，但越来越多的人一致认为，一组非常巨大的逐渐加热的恒星出现在任何星系之前。这些恒星几乎完全由氢和氦组成，组织迅速，燃烧时间短（约300万年），发生了坍塌并爆炸成超新星。作为第一个产生更重（原子量）元素的“熔炉”，被摧毁的恒星产生了物质（包括碳、钙和氧），这些物质被并入最初形成的星系中。本主题-第一颗星-将在第页中详细介绍 20-5 . （注：许多宇宙学的文献和综述都是从星系之前的恒星的讨论开始的；在本教程中，这是相反的，因为我们倾向于在详细分析恒星是如何形成的之前，先将这些较大的结构视为在整个电磁光谱中以不同波长看到的。F星系-正在进行。）
星系形成的快速概要（预览）：随着原始H和He（约占存在的各种原子种类的10%）原子、光子和其他粒子的分散混合继续膨胀（从而密度逐渐降低），它最终冷却到温度，Aro几度开尔文（见宇宙背景辐射 page 20-9 ）质量和能量密度的大尺度变化（称为波动或种子扰动），其起源可以追溯到大爆炸的早期时刻，在不断扩大的宇宙中随机发生。这些密度更大的区域最终（如下文所述）成长为原星系，然后是星系。
早在前1亿年（M.Y.）（宇宙时间；从大爆炸的那一刻开始测量），也许早在脱钩时代之后，但特别是在前10到20亿年，原星系（进化出的富氢气体的初期或第一阶段组合）以引力的方式开始，在整个膨胀的宇宙中形成密度更大的区域。这一过程由重力驱动的不规则或 波纹 在宇宙早期膨胀阶段，粒子几乎均匀分布。随着时间的推移，这些密度更大的物质链或口袋逐渐演化为恒星形成并聚集成完全膨胀的星系，其中大多数现在观测到的星系是在最初的40亿年中形成的。星系的主要特征是它们由恒星组成（其性质和发展被描述为 page 20-5 ）恒星是单个的球形气体凝块（最初是H和一些He），在更大浓度的气体和一些尘埃形成的“云”（也叫星云，但后一个术语通常指在现有星系中的更大的云，或超新星爆炸产生的气体碎片；随着密度的增加，气体收缩并加热到内部温度超过10度。6 °K，足以引发核反应（H向He的转换），使恒星变成发光体（辐射体）。
令人惊讶的是，尽管银河系中有大量恒星，但宇宙的大部分空间几乎没有发光物质，构成了银河系内部，甚至更甚者，星系间的开放区域。同样，星系中的单个恒星也被广泛地分开（一个尺度类比：如果一颗恒星由直径只有1厘米的大理石代表，那么它与最近的相邻恒星的平均距离大约为300公里 [约200英里] ）在为已知宇宙计算的空间尺寸范围内，所有恒星（所有星系的总和）的大小仅为百万分之一：因此，在可观测空间的总体积中，“空虚”占主导地位，而发光物体则是非常小的一部分（远小于一个可能出现的情况）。通过望远镜观察的CT，其中大部分视场似乎被光点占据。 [星系或星系团] 因为它们之间的视距很大）。
虽然大多数星系都很古老，但有些更年轻，其中一小部分甚至可能在过去的几亿年中开始形成。一个胚胎星系的例子（如下）是位于人马座（NGC6822）的哈勃-X，距离地球约16亿光年。基于恒星特征的证据表明，云在大约400万年前才开始产生恒星，但是一个明确的星系形状尚未出现。
然而，一般来说，在星系内部，大多数较大的恒星已经过期（超新星爆炸等），即使新恒星（包括质量高达太阳100倍的恒星）不断地从星系内部的残骸和气体中形成（有些最近，在宇宙时间）。C在整个银河系的历史中一直存在的物质。在星系在太空旅行中遇到的其他物质也会被吸入。
星系形成的起点需要在一个巨大的云中（在维度上有数百万光年）积聚含有一些氦的富氢气体。这个恒星托儿所也被称为“巨分子云”，因为它的大部分氢以氢的形式结合在一起。2 . 要使这种积累发生，首先必须有膨胀宇宙的局部区域，其密度略大于物质和光子的一般均匀分布，大多数宇宙学家认为，这是在早期阶段运行的过程的结果。大爆炸的膨胀。宇宙背景辐射研究（见 page 20-9 ）表明这些密度差异可能是10万分之一。密度的微小差异也会引起稍大的引力，引力会将物质吸引到这些局部扰动中。
随着越来越多的物质在不断增长的云中积累，其内部重力继续增加，并吸入更多的气体。分子云最终达到一个密度，需要它经历局部的气体聚集，形成凝块，凝块成长为密度更高的恒星（这些较小的凝块可以存在于银河系的大部分生命中，但是恒星进一步形成的地点）。
下一张HST图像显示，在一个更高级的发展阶段，恒星将最终形成巨大的气体和尘埃团。 全体 作为螺旋星系或球状星系的一部分（见下文）：
许多恒星形成的云，除了氢气之外，还富含尘埃，使它们看起来像离散的暗云。正如我们将在第20-7页看到的，这些云含有大量的重元素（但仍然只是氢和氦物种的一小部分），它们在第一颗恒星中产生，并在它们爆炸成超新星时分散。下一张图片显示了恒星诞生的巨大尘埃云“托儿所”的一个主要例子，它现在接近迄今为止拍摄的最“壮观”的HST图像列表的顶部。尘埃气体的巨大突起被称为马头（从其形状上看）柱（左），构成了鹰状星云。（见 page 20-11 再看三次这个星云）
这些云是热活动的，特别是在凝块组织成原恒星的地方，在这张由热带制成的比例图像中很明显，如下所示-20微米/10微米-在这张图中，猎户座星系中心附近的云是使用timmi2（第二热红外多模仪器在欧洲南方天文台操作的3.5米望远镜上：
早期星系演化的一个模型（“自上而下”）认为，当一团云从热暗（辐射但不发光）的气体物质发展而来时，它会分裂成恒星群。另一个星系模型（“自下而上”）从冷暗物质（低水平的电磁辐射）开始形成局部多恒星，随后聚集成较少的恒星，这些恒星主要通过相互碰撞（有时被称为“食人”）而成长。最近的观察表明自下而上的模型描述了主要的过程。
在宇宙最初的十亿年左右，随着星系的组织，它们的空间分布模型可能看起来像是计算机生成的丝状体模拟，其中不同密度的气体（高=黄；低=蓝）导致组织成个体或C。星系团（见下文）。：
另一个类似的模型，再次强调氢气的细丝，显示了类似的模式。
这幅插图所附的新闻稿中指出的几个要点：1）灯丝的发展建立了氢浓度较高区域之间的联系；2）这种模式部分与当时宇宙尺寸更小、氢密度更大有关；3）随着这一阶段的进展，恒星的形成速度非常快；4）一些恒星的大小达到了太阳质量的200倍或更多（大约是今天观测到的最大恒星的两倍）；5）这些恒星在导致核反应的条件下燃烧，这些核反应合成了铁元素。原子序数（在第20-7页讨论过），铁本身是丰富的；和6）这样的大质量恒星迅速耗尽了它们的燃料，并以超新星的形式猛烈爆炸（第20-6页），因此随着更高级的星系形式的演化，由它们组成的恒星包含了不同数量的元素，这些元素的数量也在不断增加。比氢和氦还小（后来的恒星和星系在这些元素中进一步丰富，因为燃烧的重元素生产继续将重元素添加到气体和尘埃中，星系从中发展出来，更多的恒星出现，更大的恒星“死亡”）。
这种丝状物的存在是由深空中的一个非常古老的丝状星系和恒星网络的HST视图所暗示的。
与星系发展的早期阶段类似的一个可能的现象是，在星系NGC6832中发现的这颗恒星爆发是由于气体云产生了过多的恒星：
因此，恒星形成是一个普遍的过程（参见 page 20-5 ）这种情况可以发生在广泛分布到局部的主要氢气浓度的地方，产生足够密度的物质云来引发引力收缩。一般来说，只有百分之几的云质量会被组织成恒星。
有四种一般类型的星系，根据它们的几何形状（形态）和组成它们的恒星的分布来分类。它们是1）螺旋（最常见）、2）椭圆、3）矮星和4）不规则的。图中显示了主要形式及其符号（不包括矮星和不规则或特殊的群，但在下面讨论）。箭头表示变化的进展，但不一定意味着一种形式到另一种形式的演变（在某些情况下是这样）。在哈勃时代，观点倾向于从左到右的进化趋势，也就是说，椭圆可能（但不一定）变成螺旋形。今天，无论发生什么变化，都是从右向左的。正如本页所提到的，一个过程涉及两个螺旋的碰撞，这两个螺旋会移除手臂，形成中心核心，并导致椭圆。
为了进一步清楚起见，应查看分类的第二个版本：
螺旋星系 目前看来是主要的恒星类型，由排列在扁平圆盘中的恒星组成，其中年轻的（蓝色）恒星排列在几个突出的旋臂中，旋臂从一个中心核或由更密集的老（黄色到橙色）恒星组成的凸起处发出。与整个宇宙相比-银河系和星系间的成分都充满了空间-这个中心核心大约是整个宇宙密度的1000亿倍（这也适用于下面描述的椭圆星系）。典型的螺旋星系，如下图所示，直径约为100000光年；盘的厚度小于10000 l.y。盘的形状是由于一个方向的更大程度的坍塌以及由于潮汐的影响，角动量显著地转移到盘臂上（g与邻近星系（暗物质团）的相互作用。螺旋星系缓慢旋转；包含太阳的星系在2亿年内围绕其中心完成了一次完整的旋转。离中心较近的恒星比离中心较远的恒星移动得更快，这有助于形成旋臂的弯曲。这张螺旋星系的一般示意图（艺术家的概念）显示了它的主要部分；请注意，中心区域标记为“凸起”——这通常与下面描述的活动星系核有关：
从 银河奇偶 作者：金伯利·韦弗，科学美国人，2003年7月
这张HST图像显示了一个组织良好的螺旋星系NGC4414（NGC指的是新的总目录，是通过望远镜观察到的几个恒星和星系的系统列表之一），其中仍有大量的气体和尘埃：
下一个视图显示了突出的旋臂，由异常明亮（年轻）恒星的浓度组成；旋臂是由圆盘内的微分速度所经历的旋转“阻力”产生的。
另一个漩涡是M51，漩涡星系，臂部有突出的尘埃和从红到蓝的恒星。
NGC1232是迄今为止最“完美”的螺旋星系之一。它有6个不同的旋臂，每个旋臂由低恒星密度的区域隔开。在这里，它是由ESO南方天文台望远镜拍摄的，使用紫外线、蓝色和红色波段图像来合成这种颜色：
螺旋星系的相对“薄度”在其定向以便被“边缘”看到时是很明显的，这是一个平行于螺旋平面的侧视图。NGC4013，离洛杉矶5500万，显示了这一观点。注意大量的宇宙尘埃掩盖了它的大部分恒星。
在这片边缘，从太阳系的角度看，外臂的尘埃明显是一条带状物：
一个螺旋星系可以包含多达1000亿个恒星，其中一些甚至有更大的数目。围绕这类星系的是较少数量的恒星，它们分散、孤立或呈球状星团（但仍有数百万颗）排列在一个“光环”中，在圆盘平面上下延伸数千光年（见下文）。然而，晕内的大部分质量，及其重要的引力效应，是不发光的，现在被认为是作为冷暗物质存在（cdm；第20-9页再次讨论）。因此，晕常被称为暗晕。它在星系演化和稳定中的重要性在本页的底部进行了讨论。
螺旋可以在盘外形成不寻常的恒星分布；在下一个例子中，在NGC4650A周围形成了一个环，它可能是与明显的螺旋相碰撞的第二个星系的一部分，将恒星从该星系的螺旋臂中剥离出来。
然而，这些垂直于星系平面的突起可以显示出组成上的差异。在星系M82的这张照片中（见第20-4页了解该星系的其他图像），远离平面的红色物质激发的氢比银河系中的氢要丰富得多，而银河系中的氢在其无数恒星中显示为亮蓝色。
许多螺旋星系，包括可能是我们的银河系，都有越来越多的恒星从它们的中心向狭窄的区域发射出来。这些被称为 禁闭星系 ，其示例（NGC1365）如下所示。棒状效应在某种程度上取决于所观察到的星系的方向。棒段中的恒星数量越多，意味着核心外的生产量就越大，随着旋臂的发展，恒星会被拉出。
大约2%的螺旋星系包含一个特别明亮的中心区域。这些，被称为 赛弗星系 以分散的氢气浓度为标志，被激发到亮度上，也就是说，亮度不仅仅来自恒星（存在的恒星往往是蓝色的）。 [相对年轻] ）以下是各种地面望远镜在近红外波段所看到的一组赛弗星系图像：
这个中心区域发出的辐射会产生强烈的宽谱线。这一光谱特征与典型的类星体相似，但可以区分（参见 page 20-6 ）发光的原因可能是星系核的黑洞（越来越多的证据表明，黑洞通常存在于螺旋星系的中心），类星体也是如此。这种辉光可能来自更密集的恒星和激发气体。西弗特星系是一个有活动星系核（agn）的星系，其标志是它是一个强大的无线电波源（然而，大多数射电星系是椭圆形的）。在距离地球1300万光年处的一个活跃的赛弗星系（在环形星座）的核心是一个非常明亮的活动星系核。绿色和红色是氢气体的激发态，可能是由黑洞的辐射加热的。
一个大型的活动星系核主宰着下一个星系（小齿轮），它包含一个厚厚的恒星环（一个星暴），刚好在恒星密集的内部聚集区之外，在星系平面上向外散布着分散的恒星，但没有发达的恒星臂。
在螺旋星系和椭圆星系中，活动星系核是少数，但它们是极端能量输出的来源。在这些星系中，几乎只有类星体（见第20-6页）是物质掉入黑洞的可见表现（越来越多的证据表明，超大质量的B.H.星系位于大多数（也许全部）大星系的中心，这些星系具有明亮的中心凸起。大爆炸后大约40亿年，活动星系核达到了顶峰，经过一段时间的积累，产生了巨大的能量输出，这些能量输出源于它们的类星体数量，在年轻的星系中频率较低。尽管还没有从观测中得到证实，许多天文学家认为椭圆星系和螺旋星系在其历史的某个阶段都发生了一次或多次活动星系核事件。
活动星系核和星暴之间的关系（稍后描述），以及它们与黑洞的相互联系，将在20-4页上建立。
最近的一张螺旋星系NGC1512的HST图像显示了关于中心或核心区域以及活跃形成明亮恒星的包络线的更多细节。请注意，气体和其他物质向中心的假定黑洞螺旋运动。
当在紫外线下观察时，星系通常显示出一个由年轻恒星组成的内外环，如NGC6782所示：
一般来说，螺旋星系的内部或中心区域，以及那些正在形成这种类型的星系，都显示出一系列的活动，其中大量的新恒星是由以氢为主的气体和分子云形成的。这张M83星系的HST图像（其中大部分位于左上角的插图中，有一个小的明亮中心）显示了这个中心区域的细节：
正如前几段所提到的，在旋臂星系的恒星群和旋涡星系的中心区域之间，存在着大量的氢气和尘埃，形成了大量的凝块，随后将形成更多的恒星。气体被电离（H:Sub:II`），并以几个离散波长辐射。南半球拉西拉天文台的2.2米MPG/ESO望远镜的宽场成像仪（WFI）用一个滤光片对螺旋星系NGC300进行了成像，该滤光片有选择地通过电离氢辐射，以便将恒星筛选出来，只留下氢凝块。如下图所示，这些凝块形状不规则，但分布广泛：
天空调查（尤其是哈勃太空望远镜）表明，包含大量单个恒星或恒星群（包括球状星团；见下文）的螺旋星系，加上气体和冷暗物质（cdm），分散在星系空间的中心部分。称为晕区，通常是围绕星系的一个包层。晕在原星系周围形成，并有助于随后每种类型的发展。光环包含气体、恒星和暗物质（由温度不足以发出可探测辐射的粒子组成），它们延伸到中心圆盘的上方和下方，大致呈球状分布在星系中心周围（另见第20-4页）。球状星团（见下文）是这一分布中最明显的实体。下一个图是螺旋星系的四个主要组成部分的简单图；绿色标志着晕区：
同样被暗物质晕所包围的是第二大星系类型，即 椭圆星系， 以旧星为主（最多10颗11) . 椭圆体约占常规类型的20%。这种星系现在被认为起源于小星系之间的碰撞、潮汐分裂和其他相互作用，甚至是大螺旋。导致了旋臂的合并和毁灭（一些椭圆可能在早期宇宙中形成，仅仅是由于一种尚不清楚的崩塌机制）。椭圆（大多数几乎是球形）星系，通常比螺旋星系更大，通常以群或团的形式出现。巨型和矮型品种都是已知的。典型的椭圆星系包含的红星比例比螺旋星系大（这些星系中的蓝色或更热的恒星多于红色）；然而，更紧凑的椭圆星系通常比螺旋星系亮。不过，最近对椭圆星系的观察发现，有许多年轻的蓝色恒星。椭圆星系虽然比螺旋星系更大，但包含的尘埃量却要低得多，而且气体也很贫乏，这表明，总的来说，它们包含的较老恒星的比例比更丰富的螺旋星系要大。以下是两个例子：
巨大的椭圆星系可能是任何种类星系中最亮的。它可以容纳多达一万亿颗恒星。其中最著名的是梅西耶87（M87）显示如下可见光。
巨型椭圆体是超出可见范围的强辐射源（见第20-4页）。虽然我们有点“跳枪”，但将M87显示为X射线源（由Rosat检测）和无线电源是有指导意义的：
与大多数椭圆星系的情况一样，大多数椭圆星系都是通过碰撞形成的（见下文），这种巨大的星系类型几乎肯定是多个椭圆星系碰撞的结果，如本模拟中所描述的那样：
这是一个被称为HCG87的星系团中两种主要类型的星系——螺旋星系和椭圆星系的清晰视图。注意大（近）星系中的暗环，它表明微粒物质与气体混合。
这张HST视图（在昏迷星团内）显示左侧是一个巨大的椭圆星系，右侧是一个相当分散的螺旋星系；距离相似，相对大小是有效的：
在这些主要星系类型中，罕见的是所谓的环形星系：
这个例子被称为hoag的天体，位于蛇形星座，距地球约600000000光年。在尺寸上，它的直径是120000公升，略大于银河系。它的中心核由密集的黄色（旧）恒星组成，这些恒星组合在一起就像一个椭圆星系。这个环主要由年轻的蓝星组成。在两者之间的空隙中，两种类型的恒星都很稀少。圈状星系的起源仍然不确定，但两个星系碰撞后的重新分布阶段是一个合理的解释。请注意上面显示的类似于Pinwheel星系；区别在于hoag物体内部的间隙。
椭圆星系往往出现在这种类型的星系团中，但在一个星系团中有一些气体贫乏的螺旋星系。螺旋星系在空间中更分散，但在这种分布模式下，孤立的椭圆星系约占这两种主要类型的20%。
还有另一种星系类型——透镜状星系——有些人认为它应该属于自己的类型。一般来说，大多数这样的星系都相当于这样的螺旋。从侧面看，透镜状星系就是这样——一个双凸形，很像一个光学透镜。当看到面对面（如从顶部）时，SO型没有明显或可辨别的单个螺旋臂，但在中心以外的部分（可能是一个巨大的核心，但有一些具有非常难以描述的核心），单个恒星是明显的，但随机分布，密度不同。大多数恒星的核心和周围都是旧的（黄色），这使得这种类型的星系与椭圆星系相似，除了其明显的盘形。透镜状星系可能确实是向螺旋过渡的，因为稍后它可能会发展成基本的旋臂。然而，气体和尘埃似乎供不应求，这表明几乎没有更多的进化可能。
下面的序列中显示了几个透镜状星系的例子；详细信息请参见它们的标题。
球状星团 -每颗恒星的总数为10万到100万颗——很像微型椭圆星系，但单个恒星却少得多。像后一种情况一样，许多恒星似乎占据着老恒星的主导地位。这些恒星的最大聚集点在星团的内部。每立方光年有几百颗恒星的密度（与每（l-y）0.01到0.1颗恒星的典型密度相比）：sup:'3'正如在太阳区域观察到的那样，这是大多数星系空间的标准值。
虽然有些星系团是在椭圆星系周围发现的，但球状星系团大多出现在螺旋星系的晕圈内，即在直径为200000光年或更大的假想球体内，以与星系平面所有角度的轨道上。球状星团已被证明是决定宇宙中最古老恒星年龄的主要手段。光环区域也包含数百万个孤立的恒星，或小的星群。以下是球状星团NGC6093：
在这张地面望远镜照片中可以看到星团内部区域的恒星密度非常高的视觉证据：
较小的球状星团的中心区域或核心区域的恒星较少；因此：
银河系周围最大的球状星团是NGC5139，据估计含有多达1000万颗恒星。
哈勃太空望远镜上的广域摄像机捕捉到了球状星团中恒星的密度。这是欧米茄半人马座球状星团的一小部分的图像，就在我们星系外大约13000光年远的地方。至少有30000颗恒星出现在这个星团的这一部分；其中大多数在大小和亮度上与太阳相似，而一些较大的（黄色的）是红巨星。集群年龄在120亿岁以上。早期形成的大量蓝白色恒星由于转变成白矮星和中子星而失去了亮度。
特殊的技术可以分解球状星团中的单个恒星。M13是大力神球状星团，其图像如下所示，左上角为中心区域的插图，右上角为两个插图，其中单个恒星被分开，以显示实际间距：
最近，又发现了另一类星系。被称为“模糊”的星团（这里所用的术语“星团”与下面讨论的7段有不同的含义），因为它们的外观，到目前为止所发现的少数星团出现在星系的平面上，而不是出现在它的晕圈里（大多数球状星团也是如此），它们都比50-100 L.Y.Acro大。SS（球状体通常为15-20 l.y.），由主要的古老红星组成。这是一张由HST拍摄并由凯克望远镜观测支持的视图，在左上角显示了一个模糊的星团；在其右上角显示了一个较远的球状星团。
|新发现的一类星团，命名为“模糊”。γ
另一类球状星团，早就预测到了，最后被成像和证实了。此定义图像如下所示；请注意四个小方框：
这些星系团不像通常那样与星系联系在一起。它们被孤立在星系际空间中，这一事实使它们被称为“孤立星团”。它们包含多达一百万颗恒星。虽然到目前为止只有少数被探测到，但它们可能在整个宇宙中相当普遍。最受欢迎的解释是，它们被其他星系从母星系中撕裂，并被拖进了开阔的空间；或者，它们可能只是试图建立成全尺寸星系的初期星系团。
在银河系中，星团（主要在晕中）主要由旧恒星组成。这就得出了一个结论，即球状星团主要是在星系形成的早期阶段形成的（而且由于大多数星系看起来很古老，星团似乎是古老的宇宙特征），然后随着宇宙的膨胀变得更加稀少。现在我们知道，随着时间的推移，在晕区中密度更大的氢团不断形成。在离M.W.不到几十亿光年的星系周围发现了年轻的（ER）星团。这些星团中的恒星含有较重的元素，这些元素的浓度只有在多次恒星爆炸后才能达到这些水平；因此它们中的许多恒星必须是年轻的。在碰撞的星系附近观察到了星团，这表明一个形成过程与合并星系对之间的相互作用有关。因此，球状星团可能在早期宇宙中以最快的速度形成，但中等年龄甚至年轻星团表明，银河系的这一组成部分可以在任何时间发展。
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:sub:`` <>`__*A star is here defined as a massive, spherical astronomical body that is undergoing (or has undergone) burning of nuclear fuels (initially hydrogen; as it evolves elements of greater atomic number as well) so as to release energy in large amounts in luminous radiation (over a wide range of the EM spectrum); stars can eventually change significantly in mass, size, and luminous output with some finally surviving only as very dense cores (neutron stars) of minimal luminosity per se.`