為什麼星系的邊緣會「翹」起來？

01-06

宇宙中，旋渦星系是常見的一種天體（比如我們的銀河系），這種星系的可見物質分布在一層薄薄的的盤面上，但盤面的邊緣處大多會朝兩個反方向翹起來，或是會變厚——使得星系從側面看上去像一個拉長的「S」。對於這種學術上被稱為翹曲（warp）的結構，其形成和演化有什麼故事呢？或是在幾何上有什麼類似的結構么？
如圖：

http://center.shao.ac.cn/twxjz/abstract/2012/20120106.pdf

詳情請參閱這篇review

形成機制目前沒有達成共識，有一些推論。

1.星系際物質的內落與吸積。

2.銀盤和鄰近星系的潮汐相互作用。

3.銀盤和暗物質暈的相互作用。

目前星系際物質流吸積機制比較好的解釋了銀河系S形翹曲結構的觀測特徵：盤外區的氣體密度和標高隨周向角而變。這一機制還可以解釋河外星系的U形翹曲盤，無需引入強磁場、大質量銀暈或者鄰近伴星系。

這一領域近年沒什麼人關注，觀測資料也不夠，具體原因還有待進一步討論。

記得上台的沈俊太老師有這方面的數值模擬工作，似乎就是用盤外圍暗物質暈中某些密度相對大的小暗團的引力來解釋無明顯並和星系的翹曲的。可以arxiv看一下。

我記得對於黑洞和周圍的吸積盤，比如某些AGN也會看到這種現象。

其成因是如果某些外界作用導致黑洞的轉軸偏了，和盤的軸心方向不一樣了，那麼黑洞就會帶著周圍的物質逐漸改變方向，靠近中心的部分的物質的轉動平面就會跟黑洞一樣，而外面的改變比較少，於是會有這種效果。

對於這種漩渦星系，一般就是中心的暈取代了上面的中心黑洞的地位，然後導致了類似的效果。

從動力學上可以用

Resonant relaxation 來解釋。

以前看過相關文獻，然而現在不記得了。

如果有空再看，會更新下答案。

不知道為什麼邀我:D還是先謝邀啦

先去收集資料，本人初中在讀，不要對我抱太大希望哈

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說句實話...有的資料我根本沒看懂，就從我看懂的部分講一講吧。

我們知道，旋渦星系是宇宙中外形最美麗、被觀測得最多的一類星系。它們因其如同江河中的旋渦一般美麗的形狀而得名。

ta由大量氣體、塵埃和又熱又亮的恆星所形成，有旋臂結構的扁平狀星系，有幾個很明顯的結構特徵。

有相當大的總角動量。

中心有名叫核球的結構，被周圍的星系盤環繞著。核球類似橢圓星系，有許多老年屬於第二星族的恆星，並且通常會有超重黑洞隱藏在中心。星系盤通常是扁平的，伴隨著星際物質、年輕的第一星族恆星、和疏散星團，共同繞著核球旋轉。

參考資料：wiki-旋渦星系

首先，漩渦星系中心有一個超大質量黑洞。

超大質量黑洞是黑洞的一種，其質量是 $10^5$ 至 $10^9$ 倍的太陽質量。現時一般相信，在所有的星系的銀心，包括銀河系在內，都會有超大質量黑洞。

這麼大的質量，會導致黑洞附近產生極大的引力，大到有些可怕的級別。因為引力的大小和質量的大小成正比。

宇宙中每個質點都以一種力吸引其他各個質點。這種力與各質點的質量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。
Every particle
in the universe attracts every other particle with a force that is
directly proportional to the product of their masses and inversely
proportional to the square of the distance between them.
——艾薩克·牛頓，《自然哲學的數學原理

作者猜測，這也許就是星系產生的本質原因——創世之初（指宇宙大爆炸發生後），空間內原本分布著許多塵埃狀的物質，它們之間的大多數本來沒有很大的聯繫，沒有能量使它們之間產生任何形式的相互作用。但某些地方的物質分布得並不均勻，在那些分布不均勻的地方，有的可能是空隙，有的則可能是一些物質團，我們可以認為它們是最初的星體。

當然，這些星體可能並不是黑洞，有可能只是一團聚合在一起的物質，有可能是恆星。但這些星體的存在，使得宇宙中物質對物質的引力和一些其它的力不再平衡，周圍的物質無法繼續保持勻速直線運動或與較大的空間保持相對靜止。

於是這些物質在引力的作用下改變了原本的運動狀態，向這些大的物質團（或者說星體）進行有方向性的運動，它們的運動方向就是這些星體。由於大量新的物質的合併，物質團的體積、質量同步變大，引力的大小也隨著質量的增加漸漸變大。

如同滾雪球一樣，這些物質團的質量達到一定程度後，會在自身引力的作用下把自己向內壓緊。也就是說，各個部分之間的空隙越來越小，直至無限接近於0。向內壓緊的過程中，物質團的體積變小了，質量卻沒變，根據 $ho =m/v$ 這個公式,物質團的密度會變大。

依此類推，物質團越來越密，最終達到某一個臨界點，物質團的密度非常大，物質團就會向內塌縮，形成最初的黑洞。這些最早的黑洞的引力，在當時的宇宙中大得驚人，吸引物質的同時也吸引著一個個未來黑洞的胚胎，質量增長的速率（作者在這個詞存有疑問，不知道該不該改為「速度」，因為作者覺得這個詞並沒有方向性，只能算是標量，如果諸位讀者能指出方向，請私信）也會變大——如此之快，黑洞的體積甚至都出現了增長。

但黑洞的「食量」終究有限，它吃不完的物質環繞在它的周圍，這些物質隨著它慢慢旋轉，慢慢收攏，在廣袤而深邃的黑暗空間里發出瑩瑩幽光。在一段漫長的時間後，恆星開始出現，這些就是最早的星系。

那麼——（下面是對問題的回答）

猜測一：在百億年以後的今天，這些星系的引力已經非常的大。眾所周知，引力屬於長程力，宇宙這端的一個質點，產生的引力一直影響到天的盡頭。（雖然非常非常地小）。這麼多星系分布在宇宙之中，對其它的星系會不會產生影響？如果會，那麼影響會是什麼？

----------睡了，如果有任何錯誤請立刻給作者寫評論進行指正，作者將及時修改—

引力也是按光速前進的，不可能跑得比西方記者還快。我猜引力的平面一直在動，星系外周有延遲，想像一個軟性的陀螺就是如此。最民科最符合直覺的解釋……

這個形狀讓我想起了以前學偏微分方程解的二維圓盤膜的振動圖。所以大概是引力導致的垂直方向的振動吧。

高速轉動的光碟也是這個形狀。

翹起來的才是個例吧？？？

是不是像旋轉的手拋餅一樣，密度不均勻旋轉和重力共同作用下就翹了

因為她在旋轉，想想舞會上旋轉的裙擺