星系是什麼？

11-29

謝邀，被 @劉博洋師兄要求帖作業，於是我來填坑了
另邀@海盜河馬來批作業~~
稍在後面更新了一下

星系是什麼？

回答問題之前，我們要說，在這裡提出這個問題之後，那麼xx星系只能是一個名字，但是至於他是否符合星系的判據，就需要討論了。

現在回答這個問題，

首先，我們要先看看目前一些星系的定義都有哪些，比如如下幾個定義：

A galaxy is a massive, gravitationally bound system that
consists of stars and stellar remnants, an inter- stellar medium of gas and
dust, and an important but poorly understood component tentatively dubbed dark
matter. (Galaxy).

Any of the numerous large groups of stars and other
matter that exist in space as independent systems. (Home : Oxford English Dictionary)

A galaxy is a gravitationally bound entity, typically
consisting of dark matter, gas, dust and stars.
(COSMOS - The SAO Encyclopedia of Astronomy ).

A galaxy is a gravitationally bound collection of stars
whose properties cannot be explained by a combination of baryons and Newton』s
laws of gravity. (http://arxiv.org/abs/1203.2608)

其次，從這些定義中，我們不難發現，大部分對於星系的定義中，都有「包含暗物質」以及「自引力束縛」這種描述。從這個角度和以上幾個定義出發，我們開始對星系進行討論。其中，幾種典型天體是否屬於星系很有爭議，比如UCDs（ultra compact
dwarfs），TD（tidal dwarf），GCs（global clusters），dSphs（dwarf Spheroidal
galaxies）等等，我們將對其進行重點討論。

第一，兩個天體的弛豫時間要大於一個哈勃時間。證據表明，暗物質只出現在兩體弛豫時間大於一個哈勃時間的系統中。另，當一個恆星系統處於一個穩定的動力學穩定的狀態下，其軌道應當取決於系統的平均引力而不是某寫單獨的天體。我們可以計算得到兩體的弛豫時間為百萬年這一量級(Binney Tremaine 1987; Kroupa 1998) 。但是根據這種定義，UCDs 和 TDs 是無法歸類為星系的。

第二，Half-light半徑大於等於100pc，也就是說有效半徑大於等於100pc。我們知道，UCDs通常不大於40pc，而Ultra faint dwarf spheroidals的大小不小於100pc（也有小於50pc的，即extreme ultra faint dwarf），從這個定義來看，根據分類，很少有有尺度在半徑40到100pc之間天體系統。只是隨著我們發現一些類似UCDs的天體在100pc左右，這一空白區域被彌補。另，對於globular clusters的尺度通常也小於100pc。因此UCDs和globular clusters不是星系。

第三，類似第二點，我們可以用質量進行判別（質量與半徑有函數關係），一百萬個太陽質量是一個特殊的質量。小於這個特徵質量的天體系統通常表現出星團的特徵，並可以很好地用牛頓動力學描述，反之則不具備這一性質。

第四，（在第三點這一特徵質量至上）有複雜的星族。這一定義與大多數星團中只有單一星族這一性質對立，但是還是有一些觀測證據表明，很多銀河系的大質量球狀星團含有多個星族（Piotto 2009）。如果我們把這一判據作為星系判據之一，那麼UCDs也可以為星系。

第五，有非重子的暗物質（很重要的一點，和第一點有一定重複，但是這裡更強到暗物質）。當然，這一點的前提是我們承認星系在暗物質暈中形成這一理論（White Rees 1978），雖然我個人不太喜歡這一點，因為略帶有循環論證。比如 Gilmore et al. （2007）利用暗物質分類星系。其實這樣做有一點問題在於這一定製對於一些矮星系是不好的，通常表現在速度彌散著一方面的測量上。儘管對dSphs的觀測表明，它有較高的暗物質質量分數，但是dEs（dwarf elliptical galaxies）在有效半徑內暗物質質量分數卻很低。除此，TDs這種在星系合併，在潮汐力作用下從星系盤撕裂出來的系統，暗物質並不多(Barnes Hernquist 1992; Gentile et al. 2007)。也就是說，如果dSphs由TDs起源的話，那麼dSphs同樣不會有太多暗物質成分。然而，有說法表示GCs的形成卻是在很小得暗物質暈中形成的(Bromm Clarke 2002; Mashchenko Sills 2005;
Saitoh et al. 2006; Griffen et al. 2010)，這一點也衝擊著對於矮星系的分類。因此，對於這個第五點，TDs，UCDs，dSphs，dEs都不可以歸為星系。

第六，作為從恆星系統的宿主系統（Hosting a satellite stellar system）。我們知道的所有的大型的星系都有GCs，但是一些矮星系是沒有的，如果根據是否有GCs作為一個判據，那麼UCDs和其他一些矮星系都不是星系。

綜合上面幾點，我們大致可以得到以下結論：

（1）UCDs，GCs可以不歸類為星系；

（2）dSphs，dEs，TDs等爭議很大，特別是dSphs和TDs，更傾向於不是星系。

其實，我們在上述定義中重點關注了暗物質，但是如果拋開暗物質我們如何定義星系呢？前文給的 Willman Strader (2012)
(http://arxiv.org/abs/1203.2608)就是不基於暗物質的定義，這篇文章中主要對於某個恆星系統的一系列性質進行討論：恆星動力學、金屬元素的傳播（即[Fe/H] spread文中以鐵為代表，但是還是要強調天文的金屬元素指的是He以後的所有元素）、天體系統的廣度、星族的討論。主要討論的天體還是UCDs，ultra fiant dwarfs，TDs，GCs等。最終對於這個定義GCs，UCDs，TDs不能被定義為星系。這篇文章就不細說了。

給個總結，就個人而言，更傾向於再給星系定義時包含以下概念：

（1）穩定的自引力束縛系統

（2）包含一定質量非重子的暗物質

（3）質量和有效半徑達到一定量級（如一百萬太陽質量，100pc）

（4）有複雜的星族和伴隨星系的恆星系統

最後給出主要參考的文章的arxiv：

http://arxiv.org/abs/1101.3309

http://arxiv.org/abs/0712.2818

http://arxiv.org/abs/1203.2608

http://arxiv.org/abs/9806206

http://arxiv.org/abs/0703308

http://arxiv.org/abs/0807.2798

http://arxiv.org/abs/1007.4798

http://arxiv.org/abs/1007.5311

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讀了@海盜河馬12年在AA上發表的關於銀河系模型的文章（arXiv：1207.4551）。。。於是發現這篇文章真心在上次關於星系厚盤作業的時候拿來看看，雖然自己太Naive，文章確實看不懂。。。T^T

至於說星系、星系團還有星系群的區別，wiki上面給出的主要判別是：（1）所屬關係、（2）尺度大小。

另，在上述所有討論中，似乎缺少星系形成的討論，有待提高。

The vast ocean of space is full of starry islands called galaxies.

These objects, extraordinarily beautiful and diverse in their own right, not only are the localities within which stars form and evolve, but also act as the lighthouses that allow us to explore our Universe over cosmological scales. Understanding the majesty and variety of galaxies in a cosmological context is therefore an important, yet daunting task. Particularly mind-boggling is the fact that, in the cur- rent paradigm, galaxies only represent the tip of the iceberg in a Universe dominated by some unknown 『dark matter』 and an even more elusive form of 『dark energy』.

——莫厚俊 et al. 《星系形成與演化》序

想從飛天神面學的角度冒個泡，望各位科學專業的同學別生氣，因為我知道這不是從科學的角度，對你的作業沒有幫助

飛天神面學裡管星系叫「小附肢」，是很多生命賴以生存的住所，每一個「小附肢」（星系）中，按照飛面神經的說法有4096個大型人類文明，32768個中等人類文明，地球是我們所在星系（小附肢）4096個大型人類文明之一，按飛面神經的說法，地球人的極限文明壽命是6.5536萬歲（藥丸時代），最短壽命16歲，目前地球人正處於第128次文明，平均壽命64歲的時候，往後還有256次文明（每次文明歷時1024萬年，毀於歷時八天的戰爭）

按照飛面神經的說法，每個小附肢的中心（星系的中心），由大肉丸驅動，大肉丸是高几千萬公里的漏斗狀天體，人類肉眼不可見

一千零二十四個小附肢組成一個「中附肢」一千零二十四個中附肢組成一個大附肢（這就是大附肢的真正含義哦）（一百萬星系的宇宙空間），按照飛面神經的說法，我們所在的大附肢叫做飛面，上方是無量無數的番茄醬，下方由所謂一次性餐盤組成。而飛面大附肢周遭，又有無量無數的」大附肢「就如微觀世界原子的排列一樣。

忍不住就先答到這，因為飛面神經描述的宇宙觀實在太全面，太完美，不與人分享我就忍不住

還望題主諒解！

想從佛學的角度冒個泡，望各位科學專業的同學別生氣，因為我知道這不是從科學的角度，對你的作業沒有幫助

佛學裡管星系叫「小千世界」，是很多生命賴以生存的住所，每一個「小千世界」（星系）中，按照佛經的說法有4000個大型人類文明，32000個中等人類文明，地球是我們所在星系（小千世界）4000個大型人類文明之一，按佛經的說法，地球人的極限文明壽命是8.4萬歲（輪王時代），最短壽命10歲，目前地球人正處於第176次文明，平均壽命70歲的時候，往後還有224次文明（每次文明歷時1680萬年，毀於歷時七天的戰爭）

按照佛經的說法，每個小千世界的中心（星系的中心），由須彌山王驅動，須彌山王是高几千萬公里的漏斗狀天體，人類肉眼不可見

一千個小千世界組成一個「中千世界」一千個中千世界組成一個大千世界（這就是大千世界的真正含義哦）（一百萬星系的宇宙空間），按照佛經的說法，我們所在的大千世界叫做堪忍，上方是無量無數的宇宙網，下方由所謂金剛地組成。而堪忍大千世界周遭，又有無量無數的」大千世界「就如微觀世界原子的排列一樣。

忍不住就先答到這，因為佛經描述的宇宙觀實在太全面，太完美，不與人分享我就忍不住

還望題主諒解！

宇宙島

一群人一本正經的胡說八道，還有人贊··············百科詞條拿去，星系指無數的恆星系（包括恆星的自體）、塵埃（如星雲等）組成的運行系統。參考銀河系，它是一個包含恆星、氣體的星際物質、宇宙塵和暗物質，並且受到重力束縛的大星系。