我們知道，在宇宙中存在著無數個星系，它們大小、結構不一，形態各異。那為什麼宇宙中的那些最大的星系都是橢圓星系而不是螺旋星系呢？螺旋星系在其結構上是不是受到了某種限制？今天就說下星系大小的問題。

先看下目前所知最大的螺旋星系是哪個？

在一個黑暗的夜晚仰望天空，僅用肉眼就能看到很多的恆星、行星，甚至是微弱的星團和星雲。但是夜空中最大的結構是那條橫跨穹頂的銀河系暗帶。

從我們的角度看這是銀河系的內部平面。對我們來說它非常巨大，包含了幾千億顆恆星，直徑10萬光年。但銀河系並不是最大的螺旋星系，本星系群中的仙女座星系也不是，但它是我們天空中角大小最大的星系。

仙女座星系能成為我們天空中看起來最大星系，兩個因素：

• 首先它真的很大！直徑約22萬光年，其中包含了大約一萬億顆恆星，是銀河系恆星數量的三到五倍，直徑的兩倍多，是我們所在星系群中最大的星系。

• 其次它離我們很近！距離只有254萬光年，是宇宙中離我們最近的大星系。

本星系群中的星系能被認為是一個集合的原因是，它們都被引力束縛在一起！再過幾十億年，仙女座、銀河系、三角座星系和本星系群中所有其他的小星系將會合併在一起，形成一個獨立的巨型星系。

星系合併後最終得到的不是一個螺旋星系，而是一個巨大的橢圓星系！那麼為什麼會變成橢圓而不是螺旋星系呢？只看一兩個孤立的例子並不能解決問題。如果我們想準確地知道星系合併中發生了什麼，我們需要觀察目前所能看到的一切，並從中得出結論。

那麼，如果我們觀察宇宙中的星系，並優先選擇最大的星系，我們會發現什麼?

在上圖中有兩個比較明顯的星系，其中一個與銀河系大小相當。就是圖像右邊的螺旋狀結構：IC 4970，它正在引力的作用下與其龐大的鄰居發生著相互作用。

上圖中的「巨型」星系，有兩個龐大、擴張、分散的旋臂，這兩個旋臂實際上要比我們在上圖中看到的延伸得更遠。NASA的GALEX太空船在紫外線捕捉到了這個巨型星系的全貌，而且這個星系也是我們迄今為止在宇宙中發現的最大的螺旋星系。下圖：

這是NGC 6872星系，直徑約52.2萬光年，是已知宇宙中最大的螺旋星系。當然，宇宙那麼大，很有可能存在比這個更大的螺旋星系，但我們目前只確定了這一個，因為它距離我們「只是」2億光年多一點。NGC 6872的質量明顯大於銀河系或仙女座星系，甚至兩個星系的總和。而且在物理尺寸上也要大得多，據我們所知，宇宙中就算存在更大得螺旋星系，也不會比NGC 6872大太多。

但是宇宙中有很多星系比NGC 6872要大的多，它們就是橢圓星系！

宇宙中的龐然大物：橢圓星系

就算我們只看離我們最近的大星系團室女座星系團，其中最大的星系是梅西耶87，它的直徑大約有100萬光年，包含數萬億顆恆星，總質量是我們星系的200倍！

換句話說，在這個普通的星系類型中，一個普通的大橢圓星系，使已知最大的螺旋星系在它面前相形見絀。但宇宙中還有更大的橢圓星系。

上圖的星系是IC 1101，迄今為止宇宙中已確認的最大的單一星系。距我們10.7億光年遠，包含了大約100萬億顆恆星，幾乎是銀河系的1000倍，總質量是10^15個太陽質量，直徑估計有5到6百萬光年。

與已知最大的螺旋星系相比，已知最大的橢圓星系包含：

• 恆星數量幾乎是它的100倍，

• 總質量大約是它的幾百倍

• 在最大方向上大約是它物理大小的10倍。

螺旋星系在橢圓星系面前就像個小矮人！

螺旋星系是怎樣形成的？為什麼宇宙中最大的星系幾乎都是橢圓星系?

宇宙中有許多大型星系，通常位於巨大星系團的中心，它們的質量通常是銀河系的數百到1000倍，但其中沒有一個是螺旋星系！舉個例子，上圖中，天爐星系團右下角明亮的大螺旋星系，它甚至還比不上仙女座星系的質量，而其中巨大的橢圓星系是仙女座星系總質量的許多倍。那麼，為什麼螺旋都是小矮人呢？我們下面就看下螺旋星系是如何形成的！

• 在早期宇宙中，大爆炸後不久，那些生來就比其他區域具有稍多物質和能量的微小區域，通過引力開始優先地吸引物質。

• 最終，足夠多的物質被吸引到氣體團塊中，導致了恆星的形成和星團的形成。

• 首先形成的集群是一個更大的結構的一部分（一個非對稱的氣體雲團），它在最短的方向率先發生坍縮，首先形成一個圓盤。

• 隨著時間的推移，圓盤吸積了越來越多的物質，聚集了附近所有的星團，由於密度波而形成了一個螺旋狀的結構。

• 與星系融合的中小規模的星團進入星系核心，一直保持著螺旋結構。

這個過程發生在銀河系，仙女座，以及幾乎所有我們看到的螺旋星系。一團巨大的氣體因引力作用而坍縮、「壓扁」並開始旋轉。由於圓盤的不穩定性而產生的密度波就出現了螺旋結構，螺旋星系一直是螺旋結構，只是因為沒有災難性的膨脹來摧毀這個結構。

但是，在宇宙中導致一個更大星系形成的過程（與一個或多個其他螺旋星系合併）正是破壞著宇宙中的螺旋結構！

這個過程在宇宙中是非常普遍的現象，那些從未經歷過合併的孤立星系是相對不受干擾的螺旋星系。當兩個星系引力合併，引力發生作用後恆星的旋臂會受到極大的干擾，會經歷一個星爆階段，也就是恆星形成異常活躍，一旦星爆階段結束，星系就進入了最終的橢圓狀態。

如果想要兩個大星系合併在一起並保持螺旋結構，就需要非常好的機緣巧合。這在統計學上不太可能發生。而且合併的次數越多，尤其是大型星系合併的越多，螺旋結構就更容易被破壞，最終得到一個橢圓結構。

但是也有一些星系似乎是螺旋星系和橢圓星系的混合體，我們稱其為「半合併」狀態，也就是一個巨大的螺旋星系與一個很小的星系合併形成的部分橢圓結構，最初的螺旋星系在某種程度上仍然保持完整。

這就是為什麼宇宙中最大的螺旋星系並沒有那麼大，更大的星系通過合併，它們更有可能變成巨大的橢圓星系而不是螺旋星系！