第四节 群星闪耀
我们详细探讨了恒星从诞生到灭亡的漫长一生，仰望星空，觉得自己知道了很多秘密的时候，却愕然发现宇宙中绝大多数恒星都不是“独生子”，很多很多的恒星往往都是聚居在一起，而这种聚居又会使恒星的演化充满了变数，甚至在某些时候，让我们的现有理论都解释不出原因。
所以，我们还有必要去继续研究这些聚居在一起的恒星，看看它们的演化历程和我们已经了解的方式是否一样。
如同人类喜欢聚居一样，恒星也有许多种聚居方式，有关系紧密的“双星”系统，有关系松散的“七合星”；有几代同堂的大家庭“星团”，也有三三两两的小团队“星协”；有的是民主社会，有的是独裁大家族；有负责大批量快速制造恒星的“星暴星系”，有专门消灭恒星的黑洞星系；有星系之间的大规模吞并战争，自然也就有“星际战俘”恒星流；还有被放逐到太空中游荡的单个恒星……五花八门，种类繁多，让宇宙中热热闹闹的一点都不平静，当然，这些事情也都很有趣。
我们还是从简单到复杂，从少数到多数，选取一起典型例子来一步步做个了解。
1、基层家庭单位：双星系统
恒星聚居在一起的方式有很多，它们被统称为多星系统：两颗星聚在一起的叫双星，三颗星组成的叫做三合星，四颗星组成的是四合星，如此类推，这类依靠相互引力聚在一起的恒星，不超过10颗时就是“多星系统”。
作为恒星社会中最小的基层单位，这些多星系统中的成员间差异很大，大多处于不同的恒星演化阶段，其中最常见的是一个老年恒星带几个年轻恒星。
多星系统中的成员成分也很复杂，有的是爆发的超新星，有的则是中子星，有的是白矮星，还有些成员根本就是看不见的小型黑洞，吸引住几个不知死活的恒星围着它旋转。
在各种各样的多星系统中，两颗星组成的双星数量最多，它们属于多星系统的一个最基层形式，又和多星系统一起属于星团的一份子，最后还作为星团的一个成员去组成星系。更重要的是，双星非常有用，因为衡量一个天体最重要的指标就是它的质量，而对于单个恒星（除太阳外）的质量，我们直到现在都无法测出来，必须通过双星系统才能知道。
此外，由于近距双星的两颗子星具有相互作用的物理性质，为天体的密度分布、结构、演化等问题，提供了非常有利的研究条件。近年又相继发现双射电星、双射线星、双脉冲星等一系列新型的双天体，最终再科学家产生一门崭新的分支：双星天文学。
依据目前的科技水平和观测实例，对于双星我们相信已经知道了很多秘密。
现在，我们就来看看双星是怎么回事？
双星的定义很简单——如果两颗星之间存在力学上的联系，相互环绕转动，这样的两颗恒星，就称为双星。
有点意外的是在我们银河系中，居然有半数以上的恒星都是双星系统，它们彼此相绕着作出一个个近似圆形的转动轨迹，似乎恒星也是不甘寂寞的。
组成双星的两颗恒星中都是一明一暗，较亮的一颗是主星，较暗的一颗叫做伴星。主星和伴星亮度有的相差不大，有的相差很大。用望远镜可以分辨清楚的是“目视双星”，依靠分光方法用光谱来辨别的是“分光双星”。还有的双星，不但相互之间距离很近，而且有物质从一颗星流向另一颗星，这样的双星称为“密近双星”。
双星中比较有名的是天狼双星、开阳双星和最新发现的星中星。
【1】 天狼双星
天狼星很有名，它是夜空中最亮的恒星，属于大犬座，不过很少人知道它还是一个双星系统，另一颗伴星是用肉眼看不到的白矮星。
天狼星除了亮度极高之外，它最让人不可思议的是运行轨迹——在我们能够辨别的无数星星中，全宇宙中只有它以“正确的”方向移动了“必要的”距离，可以精确地以365.25日为周期，与太阳同时升起，发生这种巧合的星星就它一个，以至于让古埃及、古非洲那些远古时候就爱好观测的人们留下许多传话和神话，其中就包括天狼历（在此不做详细介绍，因为太阳历和太阴历比天狼历更有实际意义）。
根据观测发现，主星天狼A的质量为2.3个太阳质量，伴星天狼B是一颗质量和太阳差不多、体积和地球差不多的白矮星（人类发现的第一颗白矮星，也有可能是已发现的质量最大的白矮星）。
图：天狼双星系统模拟示意图
按照我们熟悉的恒星演化理论，质量越大的恒星应当燃烧越快，可是天狼双星中大质量的是一颗稳定主序星，小质量的却是一颗烧完的白矮星，从这颗白矮星的质量可以算出它至少经过100亿年演化后才剩下这个残骸，100亿年！那颗大质量的主序星早应该演化完毕了，可蹊跷的是所有观测都证明它还很年轻，完全正常的稳定燃烧着。
简而言之，质量大的恒星还没有耗尽氢燃料，而质量小的却已经处于寿命的后期，这和我们的理论严重不符。并且这种情况还不是唯一的例外，英仙座的大陵五双星及其他很多双星都有类似情况。
难道我们的恒星演化理论错了？
科学家们仔细观测了许多双星系统后，最终给出一个暂时的理论性解释。
现在的小质量白矮星在一开始的时候，质量比另一颗要大许多，它率先烧完氢元素整体膨胀成一颗红巨星，而互相绕转的另一颗伴星在开始时候的质量很小，此时就从膨胀的红巨星那儿夺取了大量物质，一举让自己的质量达到太阳质量的2倍多，成为双星系统中质量较大的那颗主序星恒星，而失去大量物质的白矮星只好屈居伴星的位置了——这就是我们现在看到的天狼星及其伴星的情况。
当然，还有待于更进一步的观测来证实这个解释。
【2】开阳双星
除了天狼双星之外，开阳星也很有名，它是北斗七星中的一颗恒星。
夜晚，视力较好的人观看北斗七星，从勺柄数起数到第二颗，有一颗星叫做开阳星。仔细看看它，会发现它旁边很近的地方还有一颗暗星（古代把是否可以看到这颗暗星作为骑兵选拔中的眼力测试项目），这颗暗星叫开阳辅星，它和开阳星组成一对比较有名的双星，称为开阳双星。
开阳双星是第一对肉眼看到的目视双星，还是第一个被发现的分光双星。它离我们78.2光年，又跟北斗七星的其他的16颗星一起组成大熊疏散星团。
图：开阳双星示意
明朝永乐十八年修建的北京天坛，从选位、规划、建筑的设计以及祭祀礼仪和乐舞，无不依据中国古代阴阳、五行等学说，成功的把古人对“天”的认识、“天人关系”以及对上苍的愿望表现得淋漓尽致。当然，它也设置了七星石来象征北斗七星，只不过，七星石并非七块石头，明朝人已经有意识的放置了八块石头，来特意标出开阳双星的不同。
【3】星中星
2011年8月，美国宇航局公布了一张哈勃望远镜拍摄的最新图像，展示一个新发现的星云，这个行星状星云距离我们大约1.5万光年，位于天箭座。它外层有一个发光的圆弧，直径超过2光年，而这个圆弧中点点发光，像极了项链上的一粒粒珍珠。正因为其外形别致，它被命名为“项链星云”，但其实它是一个“星中星”双星系统。
图：“星中星”双星系统
版权：NASA , ESA, and the Hubble Heritage Team (AURA / STScI )
一对相互距离很接近的恒星造就了它：大约1万年前，其中一颗成员星燃料烧尽后开始膨胀，直到它成为红巨星吞掉了自己的伴星。但那颗被吞的伴星却没有彻底毁灭，被吞入后继续在红巨星体内运行，把红巨星内部搅动的七零八落，极大加快了红巨星的自转速度，结果就是大量气体物质被抛入太空形成环形外壳，红巨星内部密度较高物质也因为强大的离心力而被翻腾出来，形成项链上的“珍珠”（合成图中的蓝色部分是氢气，绿色部分是氧气，红色部分是氮气）。
根据计算，这两颗星中星的距离已经非常近，最多有数百万公里，从照片上看去就只能看到中央的一个亮点而已。
【4】太阳伴星之谜
北斗七星是比较有名的，我们的太阳更加有名，那么太阳作为一颗较典型的恒星，是否也有自己的双星伴侣呢？
如果有伴星，那太阳的伴星在哪里？对地球来说是不是一个灾难？这是科学家非常关心的问题。
1846年，天文学家注意到天王星以一种与牛顿第一定律相矛盾的规律偏离正常轨道“摆动”，这意味着科学家们要么重写牛顿的物理定律，要么去找出一颗新的行星来解释这种奇怪现象，结果天文学家们发现了“海王星”的存在。
今天，科学家们又遇到了相同的难题。路易斯安那大学的天文学家研究了82颗来自遥远的奥特星云的彗星轨道之后发现，这些彗星的运行轨道似乎都受到一个位于太阳系边缘、冥王星之外的巨型天体的引力影响，使它们的轨道都沿着一条带状分布排列，到达近日点的时间也会发生周期性变化。
那么到底是什么影响了彗星的轨道呢？
目前的太阳正在朝黑暗太空中的某个方向加速运动，仅仅用银河系总体对太阳的引力来解释还说不通，所以，猜测太阳有伴星就成了一件很自然的事，它可以很好的解决很多天文学家们的困惑。
人们深入考虑到，如果太阳有伴星的话，在几千年中却没人发现过，所以它一定是既遥远又暗淡的天体，而且体积不大。这是很有可能的情况，因为在1982～1983年，天文学家利用红外干涉测量法，测知离太阳最近的几颗恒星都有小伴星，这种小伴星的质量仅相当于太阳质量的1／15～1／10。
所以，最好的解释就是，在我们太阳系边缘的黑暗地带，存在一颗从未为世人所知的太阳伴星——褐矮星，也就是在我们的太阳系内拥有两颗恒星∶一颗是太阳，另一颗就是 这颗仍未被现有太空望远镜探测到的褐矮星——它跟太阳互相绕着彼此旋转。
有的天文学家则认为：这可能是一颗褐矮星，也可能是一颗质量在木星6倍左右的大行星，除此之外，没有任何理论可以解释彗星轨道的奇怪变化。
如果它是一颗褐矮星的话，那么它将无法进行核反应，以致表面很冷，再加上身处远离太阳的黑暗边缘，无法受到多少太阳光的照射，也不会有任何光线反射出来，所以在冥王星发现后至今也没观测到它的存在。
还有部分科学家将包括恐龙灭绝在内的地球物种灭绝都归咎于伴星：这颗潜伏在黑暗之处的太阳伴星运行速度十分缓慢，每隔3000万年会定时冲入彗星密集的奥特星云中，巨大的引力会将奥特星云中的一些彗星“拽”出来送往近日轨道，其中一些彗星雨则会撞击地球大规模灭绝物种。所以，地球上的物种大约每3000万年就会灭绝一次，这个灭绝周期之所以像时钟一样精确，正是因为这颗伴星每隔3000万年就会带来灭顶之灾。
美国宇航局新一代的红外线太空望远镜一旦升空，将可以捕捉到伴星身影，验证这个猜测是否正确。
这颗潜伏的太阳伴星或许是红矮星，或许是一个失败的褐矮星，但是要找到它、证实它，实在是一件困难的事，人们期望着科学家们早日解开这个宇宙之谜。
2、星协和变星
比多星系统中的恒星数量更多的是星协。
1947年，苏联天文学家阿姆巴楚米扬发现某些年轻的高温度大质量恒星在宇宙中的分布存在集结现象，他认为这不是偶然的投影结果，而是一种互相之间有物理联系的恒星小团体，于是他把这些起源相同、物理特性相似、聚集在空间一定区域内的很稀疏的恒星集团命名为星协。
比起多星系统这样的基层家庭单位，“星协”可以很形象的比喻为“新手村”，它们最突出的特点就是年轻，而且全都是一种同类恒星，按照成员性质可以分为两大类，第一类是由高质量高光度的年轻蓝巨星组成的OB星协——O和B指的是恒星光度，这些恒星是宇宙间最亮的恒星，还是非常年轻的恒星；第二类叫做变星T星协——T型星是指新生的年轻“准恒星”，光变还不规则，常与星云混杂在一起，处于引力收缩时期的主星序前恒星。
星协的发现，让我们明白银河系里恒星的年龄是不同的，并且能成群地产生，这些新形成的年轻恒星团队，整体上充满活力，其年龄仅仅能以百万年来计算，也正因为年轻，OB星协和T星协这两大类星协的结构很不稳定，不少成员会随着空间的膨胀而脱离“新手村”。
本书中经常接触到变星，比如一开始的量天尺——造父变星，还有现在的变星T星协，看起来也是天文学上一个常用概念，下面，我们就再来了解一下变星到底是什么意思。
宇宙中概念越简单的星体研究起来就越复杂，变星也是如此，它的概念简单到可以一句话就交待清楚：凡是亮度有变化的恒星都叫做变星。
变星是一个总括性的称呼，它是从无数恒星中挑选出一些亮度会“变”的恒星来，是一个含糊的统称。既然是统称它就肯定有分类，而变星的分类是很复杂的，根据不同的标准可以分成许多种不同体系，涉及到恒星演化的各个阶段，也就使变星的研究错综复杂，千头万绪。
现在，我们只了解一种最基本、最重要、最典型的分类——按光变的起源和特征将其划分为3大类：食变星、脉动变星和爆发变星。
食变星都是双星系统，从望远镜里看去，主星和伴星有规律的相互绕转，也就有规律的发生“日食”现象，导致忽明忽暗，亮度发生起伏，如同冲着我们眨眼睛一样。大陵五双星是其中最具代表性的一个食变星，研究它们就可以准确知道恒星质量、大小等关键物理量。
脉动变星的半径会周期性地变大变小，同时光度、温度等也随之发生规律变化，这也是脉动星得名的原因，和人体的脉搏一样跳动的很有规律。可能是由于恒星体内（自身的大气层）一会膨胀，一会收缩而导致其颜色、光谱和视向速度甚至磁场，也都随之发生变化。变化周期可以相差很大，短的在一小时以下，长的几百天甚至10年以上。
在已发现的变星中，脉动变星占了一半以上。
我们在本书开篇时候提到过一种量天尺叫做造父变星，其实，它们和天琴RR型变星一样属于脉动变星，还是脉动变星中最典型的两类。只不过天琴RR型变星的亮度远小于造父变星，测量范围和精确性都不如造父变星，比较少用才罕为人知。
造父变星也有缺点，它还不足以测量极遥远星系的距离。为了解决这个问题，我们找到了超新星来作为测量超远距离上的有力武器，这样的超新星就属于爆发变星。
爆发变星最重要的特点是恒星亮度在短时间内突然暴增，然后缓慢减弱的一类变星。由于它在大放光芒之前都很暗，用望远镜也看不到，一旦亮度暴增后，连肉眼就能看到，所以在历史上往往被称为“客星”或者“超新星”。爆发变星可以包括许多类型，例如，新星、超新星、再发新星、矮新星、类新星、耀星等。
耀星是指几秒到几十秒内亮度突然增亮，经过十几分钟或几十分钟后慢慢复原的一类特殊变星。它们的亮度变化只能维持十几到几十分钟，看起来好像是星星的一次闪耀，所以取名耀星。绝大多数发生在红矮星表面上，如同太阳一样是局部发生爆炸的耀斑，但辐射能量要比太阳耀斑的能量大上100--1000倍，以至于看起来就象是宇宙中的相机闪光灯，一闪一闪的耀眼。
新星是亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。现在一般认为，新星产生在双星系统中：一颗白矮星，一颗红巨星。两个成员距离很近，使得红巨星物质不断流向白矮星堆积成气体外壳，越聚越多的氢燃料终于点燃了氢聚变反应，从而使白矮星气体外壳爆发成为新星。被炸飞的外壳向外离开，消散在太空中，新星的亮度也就缓慢减弱了下去。
超新星爆发则是一颗大质量恒星的“暴死”。是爆发规模比新星更大的变星，亮度增幅可以达到新星的数百至数千倍。质量与太阳差不多的恒星，爆发时与新星的差别是核反应发生在核心，整个星体炸毁，变成气体扩散到恒星际空间；质量比太阳大很多倍的大质量恒星则是灾难性的爆发，大部分物质成气壳抛出，但中心附近的物质留下来，变成一颗中子星。
我们知道了变星就是亮度会变的恒星，所以有一大类T型星协都是变星组成的，这类变星正处在引力收缩阶段的主星序前恒星（光变没有规律没有周期，还往往快速的大变然后就是长期的微小变化，目前还不是很清楚其原理）。
T型星应该是在弥漫星云中被一起制造出来的“准恒星”，是最年轻的恒星，中心温度低到不足以引发氢聚变，只能依靠收缩产生的重力能缓缓演化，所以才暂时聚居在一起共同组成小集团T型星协。
3、星团：有大有小的恒星家族
恒星是一种喜欢聚居的天体，比星协包含恒星数量更多的恒星系统叫做星团。
我们在宇宙中经常观测到十几颗甚至上百万颗恒星组成的大家族，它们有着共同起源或者较强的彼此间力学联系，这种恒星系统被统称为星团。
如果把所有的恒星看作一个社会，那么多星系统是基层的家庭单位，星协是新手村，而星团就算是大小不同的家族，比起星系这样的国家来说，星团要小的多，包含的恒星数量也少很多，而且无论外形还是内部结构都不一样，有时候只能算是星系的一个组成部分。
一般地，我们把星团按照形态和数量分为两大类：球状星团和疏散星团。
球状星团是拥有强力大家长的组织，维持稳定的时间很长。整体形状呈球形或扁球形，彼此之间的距离很紧密，紧密到用望远镜都无法分辨星团中央的恒星个体。这类星团中大多拥有极多恒星，不仅密集，数量众多，而且结构极端稳定。
球状星团最主要的特征是恒星成员年龄大，一般都在100亿年以上，而且还有许多是正在冷却的死亡恒星，以至于球状星团中几乎没有年轻恒星。
图：距地球约28000光年的球状星团M 80
版权：AURA, STScI, NASA
球状星团因为恒星密集而显得比较亮，不容易被浓密的星际尘埃云遮掩。全天最明亮、美丽的球状星团是半人马座ω（音omega欧米伽）星团。这个星团距离地球约1.7万光年，大多成员的年龄都是120亿岁。包含的恒星数量很庞大（一般球状星团较多的也只是几十万颗恒星，而半人马座ω星团的成员达到100万颗）。所以它的恒星分布很紧密，中心部分的恒星彼此相距平均只有0.1光年，近到分不清楚。只可惜这个球状星团位于南天，北半球中纬度以北的人们无缘与它会面。
1974年，阿雷西博射电望远镜发出了寻找外星文明的第一条信息，目标是球状星团M13，这也是人类唯一一次向球状星团M13传递信息，将会在26974年到达（很遗憾，这个年代遥远的而有些不像话）。信息长度有1679位，如果将这一信息作为23×73的网格显示，会出现一系列简单的图像（1679本身就是素数23和73相乘的结果）。
古老的球状星团，包含了许多未解之谜，其中最大的一个谜题是关于蓝离散星的。
观测表明，球状星团的形成年代都比较久远，所包含的也往往都是古老的恒星，但是科学家们在M30星团中发现了奇怪的事情，就像是养老院中站了一群小孩子：星团中大多数恒星都在不断膨胀成红巨星，可能很快结束生命，另外一些奇怪的恒星却依然保持年轻，与正当盛年的炽热恒星的非常相似。于是，科学家们将这些年轻的古怪恒星命名为“蓝离散星”。
蓝离散星确实存在，但是对于它们为什么会年轻的原因就一直迷惑不解。直到2009年，哈勃太空望远镜对这些蓝离散星进行了深入观测，才有了一种猜测，认为蓝离散星是由于恒星间的碰撞所致，证据是球状星团中心位置的蓝离散星比其他地方要多很多，似乎是因为球状星团的中心区域非常拥挤，在这个区域之间的恒星碰撞就很容易发生，所以产生了较多的蓝离散星。但它无法解释球状星团其他地方所出现的蓝离散星，因为蓝离散星的质量和引力要比其他老年恒星大的多，它应该不断向星团深处沉没，不应该长期停留在星团外围的地方。
于是，很快出现了一种不同观点，认为蓝离散星是双星系统中的一颗恒星从另一颗恒星那里吸引了大量物质后形成的，而并非是通过恒星碰撞形成。简单的说，就是当两颗恒星近距离环绕对方运行时，其中质量小的那颗恒星会从质量大的恒星内吸引氢物质，导致小恒星更加炽热，发出更蓝的光芒。但是为什么质量小的恒星反而能够从质量大的恒星内抢夺到物质，还说不清楚。
不管哪一种说法，目前都还没有定论。
宇宙中除了古老的球状星团之外，另外还有一种年轻的疏散星团，它和球状星团完全不同，如果说球状星团有大家长，那么疏散星团更像是松散的小家族联盟，整体形状很不规则，成员星距离较远，用望远镜可以将成员星一颗颗分开，大部分成员都非常年轻，还富含各种金属。
在银河系中已发现的疏散星团有1000多个，远比球状星团多得多。它们大多数距离太阳在1万光年以内。更远的疏散星团无疑也是存在的，只是它们处于密集的银河背景中不能辨认，或者因为星际尘埃的遮挡无法看见。
疏散星团的典型代表是银河系的昴星团，用大型望远镜可发现这个疏散星团拥有280多个成员，附近还有著名的毕星团和蟹状星云。
图：疏散星团-昴星团
疏散星团中比较有趣的是鬼星团，它位于巨蟹座方向。中国古代称其为“如云非云，如星非星，见气而已”，把它想像成地狱的入口，人死后的灵魂就飞进这团气里，所以称之为“积尸气”。又因其散发出的光亮呈现为青白色，犹如一团鬼火，大多数时候还叫它做“鬼星团（西方称为蜂巢星团）”。
图：巨蟹座的鬼星团
鬼星团大约是3亿年前诞生的，是个年轻的疏散星团，还是一个正在远离地球而去的移动星团。位于星团区域内的350颗恒星中，有超过200颗被证实为拥有同样的速度的成员星。其余还没被测量过，可能是前景星也可能是背景星。
根据欧洲空间局的测量结果，这个星团距离我们577光年。有趣的是，不论是年龄还是自身的运动方向，鬼星团都刚好与另一个肉眼可见的著名星团毕星团相一致，尽管两者相距数百光年，却很可能都起源于同一块弥漫星云。
2006年5月，举目遥望西南方天空，弯弯的月亮 、带草帽的土星、红红的火星、加上灶神小行星一起汇聚在巨蟹星座内：明亮的土星与“鬼星团”靠得最近，右侧是如小船一般的一弯新月，在弯月的右下脚是红色的火星，肉眼可见，而火星的右上角则是第四号小行星“灶神星”。上演一出四天体“围捕”鬼星团的的美丽天象，给夜空平添了几分情趣。
4、星系
多星系统、星协、星团，都是星系的一部分。
星系，才是构成茫茫宇宙的基石，是我们探索宇宙之谜时无法回避的基本研究对象。
无论从哪个方面来衡量，星系都是宇宙中的庞然大物，也是恒星社会中的顶尖组织。它所包含的恒星可以高达亿亿颗之多，占据的空间范围更是能够延伸到数十万光年之外，说它是巨无霸型天体系统，名副其实。
星系的数量很多很多，形状之繁杂更是令人叹为观止。到目前为止，我们已经观测到的就有一千多亿个，但是随着科技不断进步，相信在宇宙的深处还隐藏着数不清的星系，至于宇宙中到底有多少个星系，目前还没人知道准确的数字，连猜测都无从猜测。
从大尺度看，星系包围着一个个像气泡一样的空白区域，在整体上形成类似蜘蛛网或神经网络的结构，称之为宇宙大尺度分布，在这个星网状分布的尺度上，宇宙是均匀的，是各向同性的。
4.1 宇宙网理论
我们自身也生活在一个星系——银河系当中，所以对于星系，我们已经研究了很多，也明白了很多，可是碰到的众多谜题却依然令人头痛，就连一个关于星系的最基本问题——它是如何形成的？又是如何随着时间而改变的？到现在都还是未解开的谜。
下面介绍一个关于星系演化的宇宙网理论，至少在目前来说，算是比较可信的一个。
一切，都有一个开始，星系也不例外，它开始于宇宙创生的那一次大爆炸。
大爆炸的瞬间，迅猛的暴胀几乎“抹平”了整个宇宙，但整个空间还不是彻底的平直和坦荡，总有某些地方的物质分布存在着微小差异，造成密度稍高，随着时间流逝，这些密度稍高的地方形成了物质团块（如同我们床底下一缕缕的絮状灰尘团），变成一个引力陷阱，把周围星云中的气体快速吸引过来。
这些物质团块就是星系的种子，它们一个个散落在宇宙空间中，自然而然的形成一批有大有小的太空“岛屿”。而这些岛屿随着时间的流逝，其中一些率先点燃了自身所蕴育的恒星，造成引力大大增加，能够更加强力的从星际空间中夺取物质，继续壮大自身，制造出大量恒星。更为引人注目的是这些数量众多的“岛屿”，还会在自身引力作用下相互碰撞、合并，快速制造出大批恒星——所以，大批恒星迅速诞生的现象，就成为星系通过碰撞而演化成长的一个重要特征。
上述理论就是宇宙网理论的前身，又叫做星系合并理论，它在刚出现的时候似乎很完善，符合我们对早期宇宙的观测，就连对宇宙微波背景的精细测量也证实了早期宇宙物质分布确实存在微小涨落——如此看来，星系似乎在引力的作用下，就这样走上了成长的坦途。
是这样简单吗？
应该不是如此简单。因为理论毕竟是理论，随着科技的进步，它终究遇到了新的问题。
2006年，欧洲南方天文台使用一种集成视场光谱仪的新技术，对一些早期星系进行观测，这种技术可以分析宇宙中很小区域所发出的辐射光谱，进而揭示出它们是在朝向还是远离地球运动。将这一技术应用于遥远的星系，就能告诉我们它们的内部大致情况。
这次观测发现了一个非常奇怪的星系：它距离地球非常遥远，远到我们接收的辐射都是它在宇宙诞生后30亿年时发出来的。但是这个星系又非常明亮，它每年所形成的恒星总质量可以达到100个太阳质量。相比之下，银河系目前的恒星诞生率只有它的二十分之一。按说这个星系有着如此高的恒星诞生速度，就应该是它和其他星系发生碰撞所致，但根据观测却没有发现这个星系有任何碰撞过的迹象，也就是说它的恒星并非是依靠星系碰撞合并被制造出来的，至少暂时看起来还不是。
出现有悖于星系合并理论的例子还不仅这一个。从2006年起，又观测了几十个看似平静的早期星系，发现这些星系中都有新的恒星在大规模、高速度的形成。所以，对于这些星系而言，星系的合并成长理论肯定漏掉了什么东西，以致于无法解释它们是如何制造新恒星的？按道理这些星系中的气体物质应该早已用完了才是。
科学家们苦思冥想其中的原因，却发现没什么线索可以拿来解释这种情况。唯一留有回旋余地的就是和恒星形成有关的星际气体物质。可惜的是，关于星际气体的具体理论研究工作，我们从来就没有一个牢靠的基础，因为它总是被暗物质和暗能量所遮掩，很不清晰。
后来，科学家把这个唯一线索使用超级计算机来模拟。最终得到一个初步结果——这些奇怪的星系中，存在连续不断落向暗物质晕的低温气体流，而且这大量的气体物质都被成功的压缩了，可以有效输送到星系中心去形成新恒星。
可是这些气体又来自何方？要知道星系中的物质都已被消耗殆尽了，它又没和其他星系发生碰撞来夺取新的物质，那就不应该出现如此庞大的气体物质流来补充星系物质的！
许多天文学家都希望通过数值模拟来寻找答案，很多年过去后，终于从合并理论中演化出了一个新的关于星系演化的宇宙网理论。
天文小组发现低温气体流会自然而然的凭空形成，在星系团之间建立桥梁，并且这些多如牛毛的气体流在经过物质稀薄的空间时，会裹挟走原本就不多的星际物质，以至于在星系团之间形成宇宙空洞。
如果星系是一个个宇宙网上的结点，那么这些气体流就是组成它的网络“血管”——通过它们传递来的气体物质不断补充星系消耗掉的物质，使得星系可以持续不间断地制造恒星。而气体流的成因，很大可能是和星系所拥有的暗物质晕有关。
图：关于星系成长的宇宙网理论模拟图
2009年，天文学家们又往前进了一步。他们在超级计算机中使用10亿个气体粒子和40亿个暗物质粒子模拟了宇宙网中有三个分叉的星系团结点。结果发现，低温气体流能够平稳的、有效的输入气体物质，这是在宇宙早期形成匀称的盘状星系的关键。每年更是差不多有相当于200个太阳质量的低温气体会涌入该结点，而这样多的质量足以达到恒星形成的极高效率，所以，没有发生碰撞的星系也会逐步成长壮大。（为了更加逼近星系的生长起点，天文学家正在试图发现银河系的旋臂是什么特征，也正在一次次模拟有低温气体注入的星系盘中，引力不稳定性所产生的物质团块是如何演化的……这些都有待于将来的某一天去揭开谜底。）
虽然宇宙网理论取得了重要进展，但它并不能完全代替合并理论，因为还有为数众多的大质量椭圆星系没有内部旋臂结构，这些星系很可能还是通过许多小型星系合并而来的。
宇宙网理论对这种现象，解释为是和气体流的强度有关：沿着宇宙间的众多网络注入星系的物质有时是一股温和稳定的“细流”，可以滋养壮大数目繁多的各种星系；但有时则会含有较大较多的团块，这种含有较多团块的物质洪流，冲击造成了星系的碰撞合并，并且一直延续到今天。
天文学家推算这些气体流的轨道可能形成于缓慢的冲击波在星际云中消散的过程。这些冲击波是温和适度的超声波，相当于星际音爆，在经过星际稀薄气体时，因为温度非常寒冷，使音速大幅减缓，它们在降低速度的同时损失能量，并且逐渐消散，残留下压缩出来的物质轨道，最终形成气体流的通道。
那为什么我们观测不到本应存在的气体物质流呢？
答案是：太遥远了！我们的观测范围还无法以星系作为基本单元去比较，更看不到这些毛毛细雨。
初期时候，宇宙网中的“血管”会在10000光年的尺度上不停的输送物质给星系，这一尺度范围比现在的银河系小很多倍。但是随着宇宙膨胀，这些血管会被拉伸的越来越细长而且稀薄，造成物质输送效率大大降低，减小了成年星系中的恒星形成率。所以，如今的低温气体流变成了从各个方向落向星系的毛毛细雨。这也正是为什么我们从来没有在银河系的周围找到有关这些低温气体流直接证据的原因。此外，低温吸积过程会产生莱曼-α紫外辐射，它们是由于气体在掉入星系的过程中被加热而造成的。但不幸的是，这些辐射完全被星系中的尘埃以及地球大气所吸收，从地球上也就不可能看到非常靠近我们的低温气体流。或许，它也许能被观测到。因为来自遥远天体的光会向光谱的红段移动，这就意味着来自早期宇宙中星系的莱曼-α紫外辐射会红移到不受地球大气影响的可见光波段。
美国哈佛-史密松天体物理中心的天文学家认为，他们1998年在宇宙深处的古老区域，发现了两团巨大的会发射莱曼-α辐射的气体。这些气体横跨两个年轻的星系，从它们外部的暗物质晕一直延伸到它们内部明亮的星系盘。此后，在许多其他的早期星系中也发现了类似的气团。
有人认为，它们正是宇宙网伸向星系的血管：气体流。
当然，也有人反对，认为这些气团位于发射X射线和紫外线的类星体周围，所以类星体是它们的源头而非宇宙网。但是这些气体是在向星系运动还是从星系中逃逸出来，截至目前仍然是个谜，它们实在是太遥远了。
既然在实际观测中找不到气体流来支持宇宙网理论，那么在宇宙中没有气体流经过的地方，比如那些空荡荡的宇宙空洞里，会不会产生星系呢？
最近，天文学家们筛选出15个和银河系质量相仿的近距星系进行观测，它们都处于宇宙网中相对稀疏的空洞中，结果发现这些星系比较怪异，它们似乎是在30～40亿年前才开始有恒星形成，并且成长的非常缓慢，这其中的原因或许就是因为它们身处的空洞里没有“血管”来输送气体流所致。但是不管怎样，我们目前的观测技术还无法一查究竟，只有等待未来的强力太空望远镜才能揭开谜底，而宇宙网理论就暂时停留在理论阶段得不到最终证实。
4.2 椭圆星系
星系，可以理解为一个包含恒星、气体、星际物质、宇宙尘和暗物质，并且受到重力束缚的大质量天体系统。
所有星系内的恒星都具有一个相同的红移速度，都在离我们越来越远，并且越远的星系向后飞逃的速度也越快。
星系的种类很多，从只有数千万颗恒星的矮星系到上亿亿颗恒星的巨椭圆星系，它们都围绕一个中心点不停的运动。
如果把宇宙比喻为一个大社会，我们可以形象的做出一个比喻：
宇宙中包含的多星系统数量最多，它们拥有的恒星成员低于10颗，这其中又以仅有两个成员的双星小家庭为主；
多星系统家庭和周围的近邻聚拢在一起，构成了彼此距离较近的星团家族；
大量星团又因为引力的原因慢慢靠近，形成上亿颗甚至亿亿颗的一个个星系国家；当然，星系国家也会因为各种因素，再集结成国家联盟——星系团，它通常由一个巨大的椭圆星系统治着，它的潮汐力会摧毁邻近的卫星星系，并将质量纳入自身；
银河系所在的国家联盟叫做本星系团，大约有50个星系成员国；本星系团又属于范围更大的室女座本超星系团……再往上，还有更大的联盟集团……宇宙，实在是不可想象的辽阔。
我们目前的主要精力还是放在恒星和星系这个层次上，说实话，更上面更大型的星系团，我们也没办事去研究。
对于星系来说，当前最重要的科研课题就是恒星国家之间的战争——星系之间的碰撞、吞并过程，以及它们在宇宙中不停厮杀的战场——星暴星系（是一种因为星系碰撞而快速大批量制造新恒星的星系）。
星系的分类方法有很多种，其中最简单、最基础的分类是把那些成员较少的小星系分为一类，其他的大星系算作另外一类。
成员少的星系叫做矮星系，是它们组成了最基本的宇宙，包含恒星数量只有数千万颗。迄今为止，它们已经被大星系吞并了许多许多，却依然是宇宙中数量最多的星系，其中包含的天体数目也是宇宙中最多的，比如本星系团的40个星系中，就是20多个是矮星系，可见其比例之高。而我们银河系附近的太空中，矮星系数量也比其他类型的所有星系之和都要多。
宇宙中最先形成的应该就是矮星系，没有哪个大星系是一开始就有的，所以矮星系是宇宙的基本单位，在宇宙进化当中起了至关重要的作用，对它们的研究已经有很多发现。
除了按照星系内恒星的多少来分类之外，天文学上还有一种分类方法是按照星系的结构来分为三大类：椭圆星系、螺旋星系、不规则星系。这三大类型中有95%都是椭圆星系和螺旋星系，不规则星系只占5%，所以，我们下面就着重了解一下数量最多的这两类星系。
先来看看椭圆星系，顾名思义，它们的外形是略扁的椭圆球形，中心部分较亮，越往边缘越黯淡。
图：椭圆星系NGC 1132
（2008年2月5日，美国宇航局公布。版权NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team）
观测表明，较小的椭圆星系并不比球状星团大多少，各方面的特征也很近似，看起来就象一个被放大的球状星团，但是天文学家告诉我们，椭圆星系和球状星团之间有着关键性差异：椭圆星系拥有球状星团所没有的东西——暗物质，这是根本无法忽视的一个本质区别。
椭圆星系是宇宙中的“老牌强国”——老年恒星聚居在一起的集团。它没有漩涡结构，也没有自转运动轨道，内含恒星的运动以不规则的路线为主。恒星间的星际物质很少，通常没有或仅有少量气体和尘埃（都已经被用来制造恒星了，剩余物质不多），极个别的偶然情况下也会有少量新恒星形成。
从成员构成和颜色上看，椭圆星系中稀缺蓝巨星，就连高亮度的年轻恒星也很缺乏，星系发出的光芒大多是些残余的老年恒星在闪烁余辉，使整体看起来呈现黄色或红色，这一点与淡蓝色调的螺旋星系有很大差异。
（澄清一个误解：天文学上曾经把椭圆星系依照扁率从非常接近圆球状的E0到最扁平的E7分为八个小类，而现在的观测结果已经证明椭圆星系的扁平率都相差不大，并不存在扁不扁的差异，之前的分类方式只是由于观测角度不同所造成的错觉。）
椭圆星系的形成机制问题，现在还不是很清楚，真的不清楚这些老恒星为什么会聚到一起。
一个暂时被接受的理论是：椭圆星系可能是两个形态不同，但质量相当的星系发生碰撞后经过长期合并过程的结果。因为椭圆星系内恒星的年龄都比较老，用计算机模拟验证出它很有可能存在合并过程。而且星系中心的亮度分布异常，仿佛在中心部分另有一个发亮小核，这或许是它吞噬小星系后的情况。而这种吞噬在宇宙早期应该是很普遍的现象，发生频率比现在高的多，所以椭圆星系的质量是没有上限的，以至于在目前的宇宙中存在一些超级巨大的巨椭圆星系。但这个理论也有缺憾：宇宙中星系数量虽然很多，但宇宙更为辽阔，以至于星系碰撞的几率极小，所以把椭圆星系归结为星系碰撞的结果，说服力不够，还有待于进一步探索。
总之，对于这种古老而且遥远的天体，我们了解不多，可以拿出来讨论的资料实在是乏善可陈。
4.3 螺旋星系
螺旋星系是一种拥有很长旋臂结构的扁平状星系。我们的银河系就属于螺旋星系，所以我们也对螺旋星系有着许多拿得出手的研究成果。
“螺旋”这个称呼来自于从这些星系中心向外盘旋延展出的几条明亮旋臂，而旋臂显得明亮是因为其上聚集了大量的高亮度恒星。
螺旋星系的中心是一个类似椭圆星系的“核球”，包含有许许多多的老年恒星，通常也常常潜伏着巨型黑洞。我们一般根据中央核球的形状，把圆形核球的螺旋星系叫做旋涡星系，把长棒状核球的螺旋星系叫做棒旋星系（银河系属于一个典型的棒旋星系）。
图：螺旋星系：旋涡星系M81
2007年6月1日，美国宇航局公布的斯皮策分别在24、8.0和3.6微米的波段上拍摄了旋涡星系M81，中间为三个波段的合成照片。右上角的可见光波段照片来自美国基特峰国家天文台。
版权：NASA/JPL-Caltech/K. Gordon (University of Arizona) & S. Willner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), N.A. Sharp (NOAO/AURA/NSF)。
图：螺旋星系：棒旋星系NGC6217
2009年5月，美国宇航局公布距离银河系6000万光年的棒状星系“NGC6217”。
版权NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team
关于宇宙中的星系是如何形成的问题，一直是天文物理学中活跃的研究领域。我们上一节所介绍的宇宙网理论只是其中一个较为可信的说法。而对于螺旋星系来说，它的旋臂是如何起源与演化的？这个问题直到现在，依然众说纷纭。
旋臂是螺旋星系的主要外形特征，是指星系内年轻亮星、亮星云和其他天体分布成旋涡状，从里向外旋卷，旋卷出来的螺线形状。
大多数螺旋星系有两条旋臂，少数有三条以上的旋臂。旋臂中除明亮恒星外，还含有星际气体和尘埃，在旋臂的前部（靠近核球的地方）往往存在一暗黑的尘埃窄条，旋臂中还有许多电离氢区，这些杂质严重影响了我们的观测精度，使得旋臂的存在一直令人费解。
一般说来，在引力作用下，星系怎么都应该是一个扁圆盘，不可能形成螺旋结构。即使暂时出现旋臂，在星系自转过程中，由于中心恒星转得快，外边转得慢，所以旋臂应该很快就会缠紧、聚拢到中央去。可是从银河系诞生到现在，太阳已经围绕银河中心旋转了二十多圈，却没有丝毫缠紧的迹象。
这究竟是怎么回事呢？
目前来说，密度波理论是一种比较主流的解释。
1942年，瑞典天文学家林德布拉德首次提出密度波，试图解释这种现象。
1964年，美籍华裔科学家林家翘等人发展并建立了系统的密度波理论，并且因此获得首届邵逸夫天文学奖。
这种理论认为，星系的螺旋结构是一种密度波动的图案。因为恒星是按照固定轨道围绕星系中心旋转的，当它运转到旋臂后由于这个区域的恒星非常密集和引力场变强而减慢了运转速度，速度的减慢又使接踵而来的恒星象是堵车一样拥塞在旋臂区，继续增加密度并加强引力场，一个个排着队重复进入、走出旋臂区域。因此，一旦出现了旋臂结构，这种结构就会自动维持下去。
密度波理论解释了螺旋结构的本质和能够长期维持的原因，并说明了许多观测事实，但也有很多说不清的地方，比如旋臂的起源和演化问题，还需进一步深入研究。
2006年，南京大学天文系的徐烨、郑兴武与美国的MarkReid和德国的KarlMenten利用等效口径约为8000多公里、目前世界上分辨最高的射电望远镜，一年之内5次观测英仙臂中一个大质量分子云核中的甲醇分子宇宙微波辐射。最终，他们首次“抓”住了银河系的一只手臂——英仙臂，用三角视差方法测量了英仙臂上一个分子云核的距离和速度，测量结果显示由于挤压和某种不稳定因素使得这里的稀薄气体变成分子云并进一步转化为分子云核，而分子云核绕银心的速度很慢，导致银河系内星体的运动有点和高速公路的“拥塞”理论相似——这正好和1964年林家翘的密度波理论不谋而合。
这是有史以来最精确的一次测量，误差只有2％，所得结果与银河系螺旋结构的密度波理论预计的速度场基本一致，有力地证明了银河系密度波理论。
打个比方来说：许多运动员绕着田径场跑圈的时候，假如其中一个运动员特别胖，那么所有人经过他时不得不减速避让，以免碰到了影响速度，于是显得那个胖子周围非常拥挤，如果这些运动员一直不停的跑圈，从远处来看，就凸显出胖子的周围永远拥挤。在星系中，旋臂就好像这个胖子，这个地方阻挡的恒星比较多，引力强，并且减缓了恒星通过这里时的速度，远远看去就呈现出螺旋状结构。
事实上，旋臂中的恒星是不断地运动、更替的。理论只能告诉我们旋臂到底是什么，至于为什么会出现一个“胖子”？这个“胖子”是暗物质还是暗能量，依然是天文界的一个未解之谜。
4.5 星系之间的战争
宇宙中的星系数量极多，目前观测到的就达上千亿个，这些形形色色的星系中，有实力强横的恒星“大国”，也有实力弱小的恒星“小国”。国与国之间会发生战争，星系也不例外：只要它们走近到一处，就必然发生拉扯、吸引，直到大规模猛烈碰撞，引起一连串“战争”。
图：哈勃望远镜中拍到的星系碰撞
版权NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team
2009年4月，哈勃望远镜拍摄了Arp 194三星系的壮观“青春喷泉”图像，看上去就像喷射出具有生命力的泉水。如图所示，图中明亮的蓝色流状结构实际上是充满新生蓝色恒星的旋臂。它们通常形成于两个星系彼此交互和重力牵引。同时，两个星系碰撞的内核看上去就像猫头鹰的一对眼睛，位于图片上方。两个碰撞星系下方的另一个星系是通过“蓝色桥梁”连接在一起，科学家预测将产生活跃的超大质量黑洞，同时有大批新恒星诞生。
只不过，等到预测的情景传到我们地球时，已经是很长很长时间以后的事情了，甚至有可能会再也看不到。
宇宙无垠，星系之间的碰撞是个常见事儿，是星系演化的步骤之一，当星系合并时将毁掉各自的独立信息，同时，两大星系所包含的气体和星云也将在碰撞下瓦解，激发大批恒星的诞生。尤其在宇宙诞生早期充满了大大小小的星系，当时的碰撞与合并更为频繁，只不过在漫长的137亿年后，大多数小星系都已经被吞并了，以至于我们的银河系周围都罕见什么近一点的小星系，而50亿年后，银河系将不得不撞上另一个大型星系——仙女座星系。
如果两个星系的实力相差不大（所含恒星的数量和质量），在一定条件下，星系运动所产生的相互作用将导致旷日持久的一场反复碰撞，彼此“坠”向对方，擦肩而过后掉头回来再次相撞，直到最终合并成一个星系，这一过程可能有数百万年之久，也可能长达数亿年。最后你中有我、我中有你，彼此合并为一个实力更强的大星系。
碰撞的星系就像不休息的大工厂，成群成群的新生恒星在短时间内被快速制造出来，天文学上，我们称之为“星暴星系”。
普通的星系比如银河系也形成恒星，但是形成的速度很慢，而在星暴星系中的恒星的形成是非常剧烈的。它有巨大的恒星爆发区，物质消耗速度惊人，以迅猛的速度产生新星，同时又以迅猛的势头引起超新星爆发。
2010年，天文学家在狮子座附近六分仪座方向发现了一个123亿光年以外的怪物星系，已经确认是最远的星系，也是目前宇宙中这类星系中最高恒星形成率记录的保持者。
最初这个星系被美国的哈勃空间望远镜和日本的昴星团望远镜检测到的时候，是一个非常暗淡的星系。后来用美国宇航局的史匹哲太空望远镜和麦克斯韦望远镜对这个天体用红外线亚波进行观测，结果观测到非常猛烈的亮光，这才知道这个星系中含有大量年轻恒星，是一个非常明亮的天体。
这个星系正在以比我们的银河系快数百倍的速度制造恒星，只需要约5000万年的时间就可以成长为现在宇宙中最大的星系。而这个时标放到宇宙演化的背景中去，是一个很短的时间而已。
我们知道了星系实力差不多的情况下，它们的相撞会合并出一个更大的星系。那么，实力相差悬殊的星系遇到一起的话，又会发生什么情况呢？
答案还是合并，只不过更像是吞并而已——小星系没有丝毫抵抗之力，未战先败，主动迁移到大星系中成为其一份子。这种情况产生了大量移民恒星，也就是“星际战俘”——恒星流。
恒星流，是小星系靠近大星系，在强大引力的作用下，被逐渐扭曲、瓦解，并拉成纤细而壮观的一长条恒星队伍，这种被拉出来的长条恒星带，就简称为恒星流。
从理论上说，“投降的”迁移恒星会在星空中排成长长的一串，用望远镜很好辨认，但实际上，所有恒星都相对均匀地分布在太空中，这长长的一串恒星流几乎无法从点点繁星的背景中突显出来，就算有一双锐利的眼睛去观察，也不是一件容易的事情。
为了克服这一难题，天文学家采用了“匹配过滤”技术——只要知道两个星系的大致形态，这项技术就能让恒星流从宇宙背景中显现出来。
1994年发现的人马座恒星流，可能是迄今为止最令人印象深刻的恒星流。这条恒星流宛如一串巨大的宝石项链环绕在银河系周围，跨度超过100万光年，挣扎了几十亿年后终于走向全面融入银河系，其中大约1亿颗恒星移民散落于整个银河系中，未来的天文学家将很难把它们区分开来。而银河系另一个战俘：大麦哲伦云，则代表了另一类较为少见的现象——银河系从那里夺走的是气体，而不是恒星。
话说回来，恒星流的意义在一定程度上，还有力的支持了我们关于星系演化的宇宙网理论。
在没有出现宇宙网理论之前，天文学家一直都以为星系是直接起源于原始宇宙中，是因为大爆炸后几乎察觉不到的物质密度差异（早期宇宙各处的物质密度仅有大约万分之三差异），其后经过一种未知的雪崩式生长才变成大星系的。但是在观测到大星系中全都存在恒星流后，科学家们逐渐明白大小星系的成长道路是不同的，只有小星系遵循原始理论，而银河系这样的大星系，只能通过吸积和吞并逐渐长大，它们按照宇宙网理论去演化。
天文学家还猜测银河系之所以是棒旋星系的原因也是因为恒星流：银河系在成长过程中吞并了很多小星系，许多小星系的中心黑洞还没有完全臣服于银河系中心的巨型黑洞，导致银河系核心里的黑洞群不能完美融合，所以才呈现一个长棒形而不是圆形。
宇宙间大星系吞并小星系的过程从未停止过，只是现在的强度和烈度减弱了不少——宇宙中的星系总量虽然很多，但是在庞大的空间分布上却依然显得稀少，而大星系吞掉周围的小星系后，越来越难碰到新的小星系，对于银河系来说，下一次成长就只能是遭遇彼此差不多的仙女座大星系（据天文学家认为，银河系将在50亿年后和更强大的仙女座星系发生第一次碰撞，纠缠10亿年后将彻底被吞掉）。
大星系可以吞并小星系的事实，让科学家们产生了更多疑问：小星系算是宇宙中古老的“建筑原料”，它到底具有什么样的化学组成？现在的大星系中“星际移民”和“土著居民”的比例是多少？这些小星系带来的化学元素将如何改变原来大星系的演化历史？
可惜，这些都是科学家们正在研究的问题，我们还没有详细答案。
要弄清这些问题，天文学家不仅需要知道哪些恒星正在移民的路上，还要知道哪些恒星是已经领了“新的身份证”。这里面的困难就在于外来恒星合并入大星系后就按照大星系的模式来运转和生活，让我们无法认出它们。
5、千奇百怪的宇宙星系
现在，我们来逐个了解一些宇宙中的奇妙星系，它们千奇百怪，基本上都是我们无法解释的奇异星系。
环星系
我们的宇宙，就是一个星系的游乐园，充满了各种各样形状的星系，其中大多数都是具有较为普通的外形，比如有球形外观的椭圆形，扁平的类似光盘状，还有像银河系这样带有棒状星系特点的螺旋星系，或者螺旋的方式可以是多种多样的，更能体现自然界里的事物具有艺术优雅的特性。但是，环星系却显得如此与众不同，超级怪异，当天文学家亚特霍格发现它的时候，甚至不相信这会是一个星系。
图：环星系
2001年7月，美国宇航局公布距离地球6亿光年的奇异星系“霍格天体”。
版权NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team
这个古怪的星系大小10万光年，距离地球6亿光年，比我们的银河系稍微大一点。
奇怪的是，这到底是一个星系还是两个星系？中间一大团恒星，外头一圈恒星围成了一个很圆的模样？为什么里外之间没有悬臂，空荡荡的？
天文学家告诉我们，这仅仅只是一个星系，还是一种非常特殊的环星系，又叫做哈氏天体、霍格天体。
它的外围是由明亮的蓝色恒星组成的环状物，而中心处的圆球则是（可能是）由许多较老的红色恒星构成。出人意料的是两者之间，竟然有一圈几乎完全黑暗的裂缝。在核心和星环间空隙的一点钟方向上，还能看见另一个更遥远的很象是环星系的背景环。虽然把它叫做环星系或者哈氏天体，但它是如何形成的？巨大空隙里是什么？目前仍众说纷纭，没有定论。
许多年过去后，天文学家对这个异常天体还在研究之中。
开始的时候，天文学家以为这这样一个超级大的星系环结构，是被强大引力场扭曲而成。但是观测发现环星系的质量太少，根本不可能具有超强的引力场，而没有强大引力，就不可能将背景星系发出的光线扭曲成一个超级环。等到哈勃发现环星系里外的红移速度一样时，就放弃了这个说法。
1987年，卡内基天文台的研究小组提出一个假说——环星系是由两个星系碰撞而形成的：一个质量较小的星系和一个大质量的椭圆星系发生了碰撞，大星系被小星系从某一个角度上切入，使两个星系的核心构成了我们现在所见到的环星系核心，小星系中的其他物质材料完全被大星系吸收，生成一种很特殊的环状密度波，最后形成了漂浮在核心之外的环状结构。
如果确实是发生于两个星系的碰撞，那就应该留下位于星系外围微弱的星系碎片，验证这个假说的方法只有去寻找环星系周围的星系碎片，但这个环星系的形成时间可追溯到30亿年之前，经过如此漫长的时间，即使存在着碰撞留下的碎片，也将被抹去，无法去验证。
目前，作为一个替代的解释方案，天文学家推测环星系可能由棒旋星系发展而来，是因为某些星系棒状核心的极度不稳定，而受到离心力抛散的结果，但这种说法也很有问题，因为环星系的中心是球状的，而棒旋星系的核心是圆盘状的。不过，有些薄弱的证据可以解释这种特殊状态，比如，天文学家发现了其他几个类似的环星系，核心就是棒状或细长的，还呈现一些螺旋的结构。
30亿年前的宇宙，到底发生了什么事件，使得宇宙中形成了如此怪异的星系，仍然不得而知。我们目前所作出的一些推测，仅仅只是各种假说，也可能全都不正确。
总之，环星系的形成之谜有待进一步的解释。
草帽星系
草帽星系看起来象是一个恒星和它周围的庞大吸积盘，但它这个盘却实实在在的由无数恒星所组成，比我们的银河系大很多倍，也比银河系亮很多。它位于室女座，又称阔边帽星系、墨西哥帽星系，因为星系中央隆起明亮的核与核附近像草帽的帽檐般向四周辐射散开的宇宙灰尘，使其看起来好似一顶墨西哥草帽而得名。距离我们2800万光年，并且以每小时360万公里的速度远离我们，用小型望远镜就能看到它。
为什么星系看起来会像是顶帽子呢？到现在为止，天文学家对它们的成因并不完全了解。
图：草帽星系
2003年10月5日， 美国宇航局公布距离地球2800万光年的NGC 4594草帽星系。草帽星系(Sombrero Galaxy)的编号是 M104 or NGC 4594，位于室女座里，是一个无棒螺旋星系(unbarred spiral galaxy)。它的核子非常明亮，中心隆起，倾斜圆盘里拥有庞大的尘埃带。黑色尘埃带和中心明亮的隆起部位，让这个星云看起来像一个草帽。这个星云的亮度是+9.0，因此利用普通望远镜就能看到它。
版权： NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona)/the SINGS Team；
有些天文学家认为草帽星系有个超大而且延伸很广的星系核心，有黝黑而明显的尘埃带，并且这个星系是恰好侧对着我们，所以看起来像扁扁的草帽。
照片的中心部分那些明亮的光点，事实上是大量的球状星团，红外线光谱观测证实那里没有显著的恒星形成活动。而环绕核心的壮观尘埃环，则专门孕育年轻的亮星。
最近的全景观测显示，草帽星系的核心区域可见离子化气体，但是仅仅被弱离子化(例如原子只是丢失了少数电子) ，导致气体离子化的能量源仍有较大争议。（天文学家发现星系中心发出很强的辐射，并且其中的恒星转速只有达到太阳质量的10亿倍才能留在那里。预示着那儿潜伏有一个质量超过10亿个太阳质量的巨型黑洞。或许这个黑洞就是能量源。）
明亮而又庞大的星系盘存在着翘曲现象，这通常是由于星系碰撞所造成。所以，我们目前只好把草帽星系的成因归类于星系碰撞的后果。
黑眼星系
黑眼星系位于后发座，距离我们大约1700万光年，也称为睡美人星系、魔眼星系，在其明亮的星系核周围拥有壮观的吸收尘埃暗带，因此得名“黑眼星系”。 它是两个星系互撞后留下的形状怪异、运动复杂的大星系。
图：黑眼星系
2004年2月5日，美国宇航局公布距离地球1700万光年的NGC4826星系照片。
版权NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team
很多天文爱好者对黑眼星系都是非常熟悉的，因为用低倍望远镜就可以观察到它。
这个星系象一个标准的风车样螺旋星系，与银河星系一样，其中的所有恒星都朝相同的方向顺时针旋转。但20世纪90年代的详细研究发现，尽管该星系内的所有星球均朝同一方向运行，但星系外层的星际气体则是朝反方向旋转的——半径约3000光年的内侧部分和至少延伸到40000光年以外的外侧部分旋转方向相反，两者以大约每秒300公里的速度在边缘处相互摩擦。所以产生了活跃的恒星诞生过程，制造出一大批热而蓝的年轻恒星，这种恒星形成过程仍在持续，在其周围则是被新生恒星发出的紫外线所激发发光的粉红色氢气云团。
天文学家认为，之所以会发生气体旋转方向相反的情况，应该是黑眼星系在10亿年前，吸收了一个与之撞击的卫星星系，才产生这种内部的反向冲击的星际气体。目前这个小星系已完全瓦解了，所以观测不到。只在星系外围反向运动的气体中留下了一丝碰撞痕迹。
有天文学家认为，黑眼星系也许是第二波恒星形成中的活动星系：恒星最初是在星系外侧沿着密度梯度而形成的，哪里有足够多的星际介质，哪里就会形成恒星，而恒星死亡后将物质重新释放到星际空间，再引发新的第二波年轻恒星形成，这一形成过程目前正波及到黑暗尘埃带所在的区域之中。所以显得黑眼星系旋臂上的恒星是由年龄中等的星族所组成。
另外，黑眼星系中至今未观测到超新星爆发。它距离我们有多远也没有最终确认。
6、回顾
从本书的开篇，我们一路走来，沿着宇宙形成的道路去了解并探讨了许多问题，其中包括大爆炸的物质成分、星云的世界、恒星的一生，现在又对恒星家族、星系世界有了一定的了解，所以，为了加深一下印象，并且对宇宙产生一个整体形象，我们可以用目前所知道的宇宙知识，从头来描绘一遍宇宙的演化和发展：
大爆炸，是一切的开始。
在宇宙大爆炸后的最初瞬间，宇宙进入短暂的“暴胀”阶段，能量和物质被以超越光速的膨胀速率被抛射向宇宙的四面八方，瞬间抹平了大尺度宇宙。
暴胀转瞬即逝，大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来，开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内，构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。
引力发挥作用后，原始能量分布中的微小涨落在某些区域被急剧放大，从而形成了一些“引力陷阱”。
30万年后，氢原子核和氦原子核俘获电子形成了原子。这些原子就在“引力陷阱“中缓慢聚集在一起。
10亿年后，氢云和氦云开始集结成纤维状的云团。随着云团的成长，初生的星系即原星系开始形成。此时的宇宙较小，所有原星系之间都靠得很近，彼此相互作用很强。于是，在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的浓厚的物质云，吞并了其余部分的星云。
越来越大的原星系由于氢和氦的不断落入再次增大，它们能够吸引的气体也越来越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。内部浓厚的云团在引力作用下进一步收缩，一些自转较快的云团形成了盘状，逐渐发展出了螺旋星系，其余的成为椭圆星系。
这些盘状或者圆形云团中，获得足够物质的核心开始形成恒星。此时，宇宙面貌与今天便已经差不多了——星系成群地聚集在一起，镶嵌在浩瀚的气体云中，更大的星系团和星际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。
20世纪20年代，美国天文学家哈勃在仙女座大星云中发现了一种叫作“造父变星”的天体，从而计算出星云的距离，终于明白宇宙中有着无数的星系和星系团。同时，他又发现了这些星系和星系团全都在背弃我们，向着四面八方逃离……以此为基点，无数专家学者苦苦探索宇宙的奥秘，终于让我们知道了宇宙的大致情况（尽管知道的部分比起不知道的部分要少的多），所以说，现代宇宙天文学实在是一门非常年轻的科学。
7、黑洞：一个严肃的话题
黑洞，是宇宙天文学的一个谜题，天文学家心中的一个纠结，更是一个经久不衰的争议话题。
黑洞（Black hole）这个名词，是1968年由美国天文学家惠勒在一个学术报告里面提出的。但