人类能观察到最美最详细的星系——草帽星系

这张由哈勃望远镜在2003年5月至6月间用ACS仪器拍摄的6次不同的观测结果组成的图像，是可见光下草帽星系最美丽、最详细的图像

草帽星系的名字

最美丽的深空天体之一无疑是位于仙女座星系团南部边界附近的草帽星系。这个奇怪的名字来自于这个星系不同寻常的形状。我们从地球上几乎是侧面观察到的一个大圆盘状尘埃，勾勒出一幅轮廓，类似于著名的墨西哥帽的帽檐，而明亮的银河隆起则让人想起草帽的顶部，也就是头部插入草帽的部分。

这个星系是在1781年5月11日被法国天文学家皮埃尔·梅钦发现的。1784年，威廉·赫歇尔独立于梅钦发现了它。查尔斯·梅西耶在一份个人手写的便笺中提到了这个新的“星云。在室女座方向可以看到的那个美丽的星云，当时还不知道它是一个星系，直到梅西耶1921年去世后才被列入梅西耶的目录，这要归功于另一位法国天文学家卡米尔·弗拉马利翁，他发现了那张字条。因此，它在梅西耶星表中的编号为M104。M104的另一个替代名称是NGC 4594。

2000年1月，智利的ESO超大望远镜拍摄到了草帽星系的图像

距离有多远？

草帽星系距离我们有数以百万光年之遥，但究竟有多少远却很难确定。2016年11月发表在《天文学杂志》上的一项研究完全致力于解决M104的距离问题。麦奎因和其他五位作者首先进行了一次彻底的历史分析，恢复了科学文献中存在的对这个星系距离的所有估计，以及推导这些估计的各种方法。他们发现，估计范围从最小的6.2到最大的2170百万秒差距（距离单位）不等，也就是说，大约在2000万到7000万光年之间。

这些估计中，大多数报告的M104的距离约为9-10百万秒差距。但是，要找到一个能够为草帽星系的距离提供更可靠值的新系统，所需的最小和最大估计数之间的差距超过1500百万秒差距，也就是大约5000万光年。事实上，对距离的正确估计在天文学中是必不可少的，因为许多重要的参数，从估计星系的固有亮度开始，都取决于它。

在2016年的一项研究中，报告了对M104距离的各种估计。以百万秒差距为单位的距离显示在横轴上。垂直线以研究作者提供的估计数为中心，用一颗星表示。图中使用的各种符号指的是用于估计M104的距离的不同方法，这些方法显示在垂直轴上。

麦奎因和他的同事提出了一种新的估算M104距离的方法，该方法与之前的方法不同，它是基于位于红巨星分支顶端的类似太阳质量的恒星的亮度。处于这一演化阶段的恒星，如果在红外波段的特定部分观测到，则比所谓的氦闪光稍早一些，其固有光度几乎是固定的，相对独立于其他因素，如质量和重元素的丰度。因此，它们可以作为标准烛光来测量遥远物体(如星系)的距离。距离估计是由它们的表观亮度和已知的本征亮度之间的差值得到的。

这项研究的作者利用哈勃望远镜对草帽星系的外围区域进行了观察，在那里大约出现了40万颗恒星。从这个最初的样本中，他们选择了一个包含大约14000颗恒星的较小的样本，在这个样本中更容易识别红巨星分支顶端的恒星。该方法的应用提供了目前对M104距离最准确的估计：9.55百万秒(统计误差±0.13百万秒)，相当于3115万光年的。

螺旋还是椭圆？

草帽星系是宇宙中离我们最近、最亮的星系之一，迄今为止，它已经成为无数专业研究的对象。然而，我们对它知之甚少或大致了解的事情之多令人吃惊。也许最引人注目的是它的形态类型。

M104是什么样的星系？我们几乎是侧面观察它的(倾角约为84度)，这不利于对它进行分类。明显的盘状尘埃，勾勒出草帽帽檐的轮廓，使人最初联想到一个螺旋星系。事实上，在两个主要的天文数据库NED和Simbad中，M104被归类为缩写Sa，它精确地指出了那些旋臂不太清晰或离星系核心很近的螺旋。然而，在一些研究中，M104也被归类为透镜状星系，在哈勃序列中定义为S0形态类型。

M104既被归类为非旋星系(Sa型)，也被归类为透镜星系(S0型)[拉斯坎布雷斯天文台]。

这两种分类都不完全令人满意。事实上，M104具有某些特征，如亮度大、质量大、恒星形成率低，这些特征在椭圆星系中比在螺旋星系或透镜星系中更为常见。此外，通过斯皮策太空望远镜的红外线观测，它揭示了一个巨大的恒星球体的存在。银河系的大部分亮度来自这个大球体，而在螺旋星系中，亮度的主要来源是凸起和银盘。

M104在椭圆星系中常见的另一个特征是存在大量球状星团。草帽星系被至少1900个球状星团所包围，形成了一个巨大的王冠，从星系中心延伸50千帕秒。在球状星团中，甚至发现了一个直径只有几十光年的超小型矮星系，其恒星质量约为3300万个太阳质量。

这一系列在过去已经被其他作者注意到的线索，向两位ESO天文学家——迪米特里·加多蒂和鲁本·桑切斯-杨森——提出，M104应该被认为是一个椭圆星系，而不是螺旋星系或透镜星系。他们讨论在2012年发表的一项研究在《皇家天文学会月刊》，鉴于M104确实是一个椭圆星系：哪里，巨大的尘埃磁盘形式草帽的边缘从何而来？两位作者提出的假设是，应该把圆盘的形成看作是非常遥远的星系合并事件的结果，可以追溯到大爆炸后的头40亿年。在那个时候，气体是形成原星系的物质中最主要的元素。因此，用草帽星系的现有结构来重建那些古代星系的合并，将会不可避免的不精确和不可靠的。

从本质上说，我们不得不接受M104，因为它是我们从地球上观察到的东西：一个奇怪的椭圆星系和螺旋星系的混合体。

这是一幅伪彩色图像，其中斯皮策获得的红外数据经过数字处理后，与哈勃获得的可见光图像叠加在一起。环绕在圆盘水平结构周围的巨大的恒星球体非常明显。

主要物理参数

加州理工学院的NED数据库中报告的草帽星系的角直径为534.8弧秒。在距离地球9.55百万秒差距或80770光年的地方。虽然不是很大，但是草帽星系非常明亮和巨大。可见光的波长的亮度估计为2.4×10³⁷W，对应于由623亿个太阳同时发出的光。

在2006年，Tempel和Tenjes估算了草帽星系质量。即恒星质量、气体和尘埃的总和，为2290亿太阳质量。在2007年，李志远和他的同事们，仅仅提到恒星的质量，就有1600亿太阳的质量。

在《天体物理学杂志2007年发表的一项研究中，研究人员计算了草帽星系的质量分布。所获得的数据不仅表明M104包含一个非常高的质量，而且这个质量的很大一部分以暗物质的形式分布在星系晕中。当我们远离星系中心时，可见物质和暗物质的比例越来越小。在距离中心5千帕秒处，暗物质占半径内总质量的比例为19%。在距离中心10千帕秒的地方，暗物质的比例已经达到了49%。离中心25千帕秒时，它达到总质量的75%。

该星系的径向速度为1091±5 km/s。这意味着，每隔一秒钟，M104与我们之间的距离增加了1000多公里。