The Possible Reason of Local Supercluster Formation with Disscussion of Galaxies` Shape
摘要
本篇主要利用星系外形找出本超星系團和其各星系團的星系角動量分布狀況，探討本超星系團的結構，接著觀察分析星系的角動量分布狀況，來探討本超星系團形成理論。
我們將查到本超星系團的螺旋星系，將他們分群輸入資料表，資料內容包括螺旋星系名稱、超星系座標經緯(SC經緯)、天球座標經緯、旋轉方向、距離、外形分類、利用距離和超星系座標緯度算出實際距離超星系座標平面高度(Ｒ×sinθ=H)。也算出以地球為原點的各星系直角座標，進而將原點轉換至M87做出以本超星系團為中心的直角座標，進而分析各星系盤面高度和轉向的關係，與和中心距離和轉向的關係。
經過分析歸納的重要結果為，一、角動量在星系團和本超星系團的尺度內可能是守恆的。二、本超星系團裡螺旋星系的轉向和盤面高度沒有隨高度增加某些轉向的星系變多。大型橢圓星系都聚集在本超星系團的盤面中心，代表本超星系團在盤面中心的星系碰撞與合併是比較劇烈而頻繁。三、我們發現在同樣盤面高度上，若有一某星系外形順時針螺旋星系，就可能有另一個同外形的螺旋星系，轉向強度在本超星系團盤面高度上具有對稱性。
單一個螺旋星系巨大的角動量是不可能由本身內部提供，所以我們認為至少要以星系團尺度等級來形成螺旋星系，角動量來源是星系互相之間。而本超星系團的發展情形傾向於星系團與星系團各自發展，進而互相之間有重力牽引而組成本超星系團。
Abstract
This research mainly discusses angular momentum circumstance of Local Supercluster and other clusters by the shape of galaxy, and finds the possible reasons for the formation of Local Supercluster.
We input the files we found about the spiral galaxy of Local Supercluster, including the name of spiral galaxy, the direction of rotation, distance, Local Supercluster coordinates, celestial coordinates. We calculate the real height of Local Supercluster coordinates(Ｒ×sinθ=H) and each galaxy as the origin of earth rectangular coordinate . We make the origin of the earth transition to the M87 one, and analyze the relation between the height of galaxy and the direction of rotation, distance and the direction of rotation.
After analyzing the data, there are some results below. First, it’s possible that the range in clusters and galaxies and Local Supercluster is obeyed conservation angular momentum. Second, some spiral galaxies of the direction of rotation Supercluster don’t increase as the height gets higher. Third, we found that in the same height, if there is a clockwise spiral galaxy, it’s possible that there is a counterclockwise spiral galaxy, too. The direction of rotation has symmetry in the height of Virgo Supercluster.
It is impossible for ' only ' spiral galaxy to provide a lot of angular momentum, so we consider that being a spiral galaxy need at least a cluster to provide angular momentum and the source of angular momentum is from each galaxies. The development of Local Supercluster favors in each cluster , then they work out gravity to form Virgo Supercluster.
壹、研究動機
星系團（Galaxy groups and clusters）是由許多星系組成的重力束縛體系，通常尺度在數千萬光年，包含了數百到數千個星系。少量星系的星系團也叫做星系群，例如我們銀河系所屬的本星系群。而本星系群附近的星系團和星系群，又組成室女座超星系團（Virgo Supercluster）或稱本超星系團（Local Supercluster），至少有100個星系團聚集在直徑1億1千萬光年的空間內(本超星系團，無日期)。
R. Brent Tully在1982年的論文中廣泛的討論了許多本超星系團的基本結構，它包含了兩個部份：一個看得出來的平坦盤面（它包含了三分之二明亮的星系）；和一個大致成球型的暈（包含其餘的大約三分之一明亮的星系），而本星系群位於本超星系團外圍 (Hu, 2006) 。
圖一、本超星系團的星系團分布圖，Local Group為銀河系所在的本星系群，Virgo Cluster為本超星系團的中心，圖中座標為超星系座標系統(本超星系團，無日期)。
本超星系團的星系數值密度以室女座星系團為中心呈現與距離平方的關係掉落，顯示本超星系團可能不是宇宙中隨機組合而成的，本超星系團相互之間是有關係的。另外本超星系團中的明亮的星系（絕對星等亮於13），98%的被發現在11個星系團中，又可能暗示星系團在本超星系團的形成中佔有很重要的地位。
因為本超星系團的結構有盤面和暈，這和銀河系的結構有類似之處，我們假設把本超星系團為一個系統，利用早期解釋銀河系形成的學說，來試著解釋本超星系團的形成。銀河系的形成假說為一開始是一堆物質受某個擾動旋轉收縮碰撞，收縮形成盤面的過程中，暈的某些處早已各自收縮形成球狀星團，球狀星團和許多銀核的星是銀河系中最老的，而銀河系盤面上的角動量相當大。(周體健，民84)
圖二、銀河系的形成假說示意圖。(成大天文實驗室，無日期)
我們知道若系統沒有受到外力矩則角動量必守衡。我們要探討的是，如果本超星系團發展是由外而內，也就是先是一個大範圍系統，接著開始收縮，它們系統的角動量可能有往某方向的特徵。但如果是由本超星系團內星系團是彼此各自發展，對整體本超星系團的角動量可能沒有方向特徵。
星系是依據它們的形狀分類的1.橢圓星系，恆星的運動是以不規則的運動為主，恆星多是年老的；2.不規則星系，它們的外觀通常是混亂的；3.螺旋星系(Spiral Galaxy)，有旋臂結構的扁平星盤，有相當大的總角動量。因此我們要找本超星系團中角動量的分布證據，首先以螺旋星系為目標。
我們要如何判定角動量方向呢？由於螺旋星系的自轉是較差自轉，較差自轉是指一個天體在自轉時不同部位的角速度互不相同的現象。螺旋星系內部的自轉角速度大於外部的角速度，旋臂本應當越纏越緊，最終完全纏繞在一起。實際情況卻並非如此。1942年，瑞典天文學家Lindblad首先提出了密度波的想法。
1964年，旅美中國天文學家林家翹、徐遐生等人建立了系統的密度波理論。密度波理論認為，螺旋星系的旋臂是恆星繞星系中心運動時空間分布較密集的區域。組成旋臂的恆星並非始終處於旋臂中，而是有進有出。在旋臂後方，恆星不斷進入旋臂，由於恆星密集，引力場加強而被減速，在旋臂前方，旋臂中的恆星速度加快，走出旋臂。因此螺旋星系能夠在整體上維持旋臂結構的圖案，並且懸臂是與星系的自轉方向同向的。所以我們可以很輕易看出螺旋星系的角動量方向，希望由螺旋星系的角動量方向找出本超星系團整體系統的角動量有無特徵，進一步觀察宇宙的發展情形(密度波理論，無日期)。
圖三、螺旋星系中的懸臂是與星系自轉方向是同向的(成大天文實驗室，無日期)。
貳、研究目的
一. 找出本超星系團和其各星系團的星系角動量分布狀況，探討本超星系團的結構。
二. 觀察分析星系的角動量分布狀況，來探討本超星系團形成理論，可能狀況有三：
1.若本超星系團全部角動量有方向特徵，可能代表以本超星系團尺度受外界力矩，從一大團收縮。
2.若本超星系團角動量無方向特徵，但星系團卻有方向特徵，代表可能以星系團為尺度受外界力矩而收縮，角動量來源可能是星系團互相之間。
3.若本超星系團和星系團角動量無方向特徵，代表以星系為尺度受外界力矩而收縮，角動量來源是星系互相之間。
参、研究設備及器材
(1) 個人電腦
(2) 程式: Aladin sky atlas7.0 ，
MICROSOFT OFFICE2003
(3) 資料庫: The NASA Astrophysics Data System(ADS)，
NASA/IPAC Extragalactic Database，Wikipedia
肆、研究過程或方法
1.確定研究方向：一開始利用維基百科找出本星系群裡含有的螺旋星系，但發現在本星系群裡的螺旋星系個數(只有三個)不足以判斷本星系群形成的原因，所以我們將探討範圍延伸到本超星系團。為了要探討本超星系團的發展，因此研究方向必須找在本超星系團容易觀察的，角動量有方向特徵的螺旋星系。
圖四、左為Ｍ８３，圖中星系定為順時針；右為Ｍ８８，定為逆時針方向。
圖五、左為Ｍ95，定為逆時針；中為Ｍ96，定為順時針方向。右為M105橢圓星系，無明顯旋轉方向。
2.討論研究及呈現方式：運用軟體網站中的資料，查詢被選擇之螺旋星系的資料，如圖片、赤經赤緯等。判斷選擇之螺旋星系為順時針或逆時針，並統一皆由往天北極的方向看，最後將所有資料表現於表格，再將所有資料繪到３Ｄ座標軸上。
3.搜尋資料來源：使用Aladin sky atlas7.0判斷被選擇之螺旋星系的順逆時針方向，利用NASA/IPAC Extragalactic Database查詢各星系天球赤經赤緯，距離和星系外形，並用Wikipedia尋找可信度的資料，但是無法辨認旋轉方向的星系就沒有列入資料表。
4.資料整理及圖表繪製：本超星系團擁有許多的星系團，螺旋星系數目足夠讓我們去討論以及了解它是如何發展的。我們運用維基上的連結網站資料來找出本超星系團包含了哪些星系團（如表一），因為要找的是角動量有特徵的星系，所以我們蒐集星系螺旋星系並分類，分類的標準是每個星系團一組，另外找一些大的橢圓星系來和我們所找的螺旋星系做比較。
表一：本超星系團中各星系團的名稱和代表星系
各星系團名稱
M96星系群 (也稱為獅子I星系群)
M51星系群
本星系群
獅子座三胞胎(也稱為M66星系群)
M94星系團（也稱為獵犬I星系團)
大熊座星系團(M108，M109為代表)
M81星系團
獵犬座星系團(M106為代表)
天龍座星系團(M101為代表)
室女座星系團(M87為代表)
圖六、M95 (左側) 與 M96 (右側) 圖片來源:Scott Anttila。後為螺旋星系M51，圖片來源：NASA
圖七、獅子座三胞胎：M65（右上），M66（右下）和NGC 3628（左）。
影像授權者：Hunter Wilson
後圖是M81（左）和M82（右）。署名: Anttler at en.Wikipedia
再來用Aladin sky atlas7.0來分別尋找各星系的天球座標、銀河座標以及本超星系團的座標，再利用NASA/IPAC Extragalactic Database網站內的紅位移來查詢與地球的距離，為了要畫本超星系團的3D座標圖，所以必須要將屬於本超星系團的極座標改為XYZ座標。超星系座標系統赤道是校準在超星系平面上。這個系統用於在地的宇宙之中，主要是參考鄰近的星系團，超星系的經度和緯度分別標示為SGL和SGB，座標經度的起點(SGL=0)定義為銀河平面與超星系平面的交叉點。
運用天球座標確定螺旋星系真實順逆時針方向，否則會出現由南往北看或由北往南看順逆時針造成偏差的現象，所以我們統一以往天北極方向看。本文會用1代表星系旋轉是順時針方向，-1代表逆時針方向，大的橢圓星系定為0。
將我們查到本超星系團的螺旋星系，將他們分群輸入資料表，資料內容包括螺旋星系名稱、超星系座標經緯(SC經緯)、天球座標經緯、旋轉方向、距離、外形分類、利用距離和超星系座標緯度算出實際距離超星系座標平面高度(Ｒ×sinθ=H)。也可以超星系座標經緯度和地球距離算出以地球為原點的各星系直角座標，進而將原點轉換位置做分析。因為室女座星系團為本超星系團的中心，而M87為其中最大的橢圓星系，所以我們將原點移至M87重新定出各星系新的XYZ座標，座標距離為百萬秒差距(Mpc)，1秒差距為3.26光年。
5.歸納重點與提出：
利用我們所做的螺旋星系資料表，畫出實際距離超星系座標平面高度和螺旋星轉向的關係圖，接下來，我們再利用螺旋星系的外形做分類，觀察圖八一些星系轉速曲線及查詢螺旋星系各外型之轉速，發現星系外形和旋轉速度有關，我們將查到的星系(表X1)中計算了各外型轉向螺旋星系的轉速(表Ｘ2)，運用加權數值代表螺旋星系轉向強度 (表X3)，再和實際距離超星系座標平面高度做出關係圖。另外，以M87為中心，各星系和中心距離對轉向與轉向加權做圖。
表X1、一些星系的外型與角速度的關係。(來源)
Object Type Velocity(km/s) Object Type Velocity(km/s)
N3593 Sa 108 N5055 Sbc 199
N3623 Sa 212 N7331 Sbc 227
N4378 Sa 280 N7541 Sbc 230
N4594 Sa 350 N7664 Sbc 200
M81 Sab 217 N2998 Sc 210
N4151 Sab 146 N3198 Sc 140
N4698 Sab 246 N3672 Sc 180
N4736 Sab 180 N5033 Sc 209
N4826 Sab 169 N5907 Sc 235
M31 Sb 233 M33 Scd 90
N891 Sb 225 M83 Scd 170
N2590 Sb 265 M101 Scd 194
N2841 Sb 273 N672 Scd 129
N3627 Sb 195 N2403 Scd 130
N4501 Sb 295 N4244 Scd 106
N4565 Sb 250 N4517 Scd 158
N5383 Sb 215 N4559 Scd 132
M51 Sbc 203 N925 Sd 122
N801 Sbc 220 N4631 Sd 150
N1620 Sbc 240 N4236 Sd 72
N3145 Sbc 250 SMC Sm 40
N4258 Sbc 200 N3109 Sm 40
N4527 Sbc 186 N4656 Sm 84
N4536 Sbc 188 I1727 Sm 74
表X2、外型與平均轉速的關係。
外形 Sa Sab sb Sbc Sc Scd Sd Sm
平均轉速(km/s) 237.5 191.6 243.875 213 194.8 138.625 114.6667 59.5
標準差 103.0906 39.77813 33.04299 21.49419 36.30014 33.94507 39.51371 22.88376
表X3、將星系外型做加權。
外形 Sa Sab Sb Sbc Sc Scd Sd Sm
加權 2.5 2 2.5 2 2 1.5 1 0.5
圖八、一些星系轉速曲線和星系外形關係，後圖為哈伯的星系外型分類。(成大天文實驗室，無日期)
6.討論與結論：討論在資料中所呈現之圖形，並提出結論。
伍、研究結果
一、螺旋星系具有明顯角動量的特徵，依據表二，我們發現在每個星系團中都有順逆時針方向的螺旋星系，代表角動量在星系團的尺度內可能是守恆的，也就是某些螺旋星系若是順時針方向形成，可能另形成逆時針方向的螺旋星系。
表二、本超星系團各可辨認螺旋星系資料表，座標距離為百萬秒差距(Mpc)
名字 SC經 SC緯 赤經 赤緯 旋轉
方向 轉速(翻) 外形 加權 距離
(Mpc) 實際高度
(Mpc)
M96星系群 （也稱為獅子I星系群）
M96 94.288293 -26.406387 10h 46m 45.7s +11° 49′ 12″ 順 1 SBab 2 10.854 -4.827
M95 94.088404 -27.078313 10h 43m 57.7s +11° 42′ 14″ 逆 -1 SBb -2.5 10.123 -4.608
M105 93.6363334 -25.853974 10h 47m 49.6 s +12° 34′ 53.9″ 橢圓 0 E1 0 10.468 -4.565
M51星系群是一個位在天龍座的星系群
M51 71.1274 17.3346 13h 29m 52.7s +47° 11′ 43″ 逆 -1 Sbc -2 8.031 2.393
M63 76.198977 14.246586 13h 15m 49.3s +42° 01′ 45″ 順 1 Sbc 2 8.954 2.204
M94星系團（也稱為獵犬I星系團)
M94 76.239331 9.496263 12h 50m 53.1s +41° 07′ 14″ 順 1 Sab 2 4.992 0.824
M64 95.606404 6.125827 12h 56m 43.7s +21° 40′ 58″ 順 1 Sab 2 5.409 0.577
IC 4182 80.339005 11.605463 13h 05m 49.53s +37° 36′ 16.3″ 逆 -1 Sm -0.5 4.493 0.904
獅子座三胞胎 （也稱為M66星系群）
M65 96.359207 -18.684176 11h 18m 55.9s +13° 05′ 32″ 逆 -1 SBa -2.5 12.622 -4.043
M66 96.5835139 -18.423589 11h 20m 15.0s +12° 59′ 30″ 逆 -1 SBb -2.5 10.077 -3.185
NGC 3593 96.212041 -19.761901 11h 14m 37 s +12° 49′ 4.9s 順 1 Sa 2.5 5.5 -1.860
本星系群
m31 336.19336 12.5521171 00h 42m 44.3s +41° 16′ 9″ 逆 -1 Sb -2.5 0.807 0.175
m33 328.467531 -0.0898075 01h 33m 50.9s +30° 39′ 36″ 順 1 Scd 1.5 0.884 -0.001
milky way 逆 -1 SBbc -2
大熊座星系團
m108 56.942028 -0.762173 11h 11m 31.0s +55° 40′ 27″ 順 1 SBcd 1.5 13.075 -0.174
m109 61.87186 4.296282 11h 57m 36.0s +53° 22′ 28″ 逆 -1 SBbc -2 24.878 1.864
NGC3718 60.6766284 0.7349041 11h 32m 34.8 s +53° 04′ 05″ 順 1 SBa 2.5 17 0.218
NGC3359 48.886378 0.645334 10h 46m 36.8 s +63° 13′ 27″ 逆 -1 SBc -2 17.8 0.200
NGC3726 66.176013 -1.764144 11h 33m 21.1 s +47° 01′ 45″ 逆 -1 SBc -2 17.4 -0.536
NGC3893 65.6873 1.26175 11h 48m 38.21 s +48° 42′ 38.8″ 逆 -1 SBc -2 18.129 0.399
NGC3938 70.207967 0.186355 11h 52m 49.4 s +44° 07′ 15″ 順 1 Sc 2 17.45 0.057
NGC3953 62.644774 3.385535 11h 53m 48.9 s +52° 19′ 36″ 順 1 SBbc 2 18.445 1.089
NGC4051 70.48931 2.05905 12h 03m 9.69 s +44° 31′ 52.5″ 逆 -1 SBbc -2 14.575 0.524
NGC4088 64.9652 4.4769 12h 05m 34.19 s +50° 32′ 20.5″ 逆 -1 SBbc -2 16.24 1.268
NGC 3917 62.936333 2.762528 11h 50m 45.49 s +51° 49′ 27.2″ 逆 -1 Scd -1.5 16.915 0.815
NGC 3949 66.79464 1.718834 11h 53m 41.75 s +47° 51′ 31.6″ 順 1 Sbc 2 18.408 0.552
NGC 3972 59.951271 4.737253 11h 55m 45.12 s +55° 19′ 14.4″ 逆 -1 Sbc -2 18.592 1.535
NGC 3982 60.17098 4.76322 11h 56m 28.17 s +55° 07′ 31.3″ 順 1 SBb 2.5 21.973 1.825
IC 749 71.8799 0.64896 11h 58m 33.98 s +42° 44′ 2.7″ 逆 -1 SBcd -1.5 17 0.193
NGC 4100 65.90095 4.2462 12h 06m 8.6 s +49° 34′ 56.3″ 順 1 Sbc 2 21.446 1.588
NGC 4102 62.94891 5.31204 12h 06m 23.11 s +52° 42′ 39.4″ 順 1 SBb 2.5 21.031 1.947
NGC 4142 62.72665 5.88392 12h 09m 30.32 s +53° 06′ 15.2″ 逆 -1 SBd -1 26.05 2.670
NGC 4800 70.99606 11.26686 12h 54m 37.77 s +46° 31′ 52.1″ 逆 -1 Sb -2.5 22.5 4.396
名字 SC經 SC緯 赤經 赤緯 旋轉
方向 轉速(翻) 外形 加權 距離
(Mpc) 實際高度
(Mpc)
大熊座星系團
M81 41.1206866 0.5862901 09h 55m 33.2s +69° 3′ 55″ 逆 -1 Sab -2 3.688 0.038
NGC2403 30.796845 -8.305695 07h 36m 51.4 s +65° 36′ 09″ 順 1 SBcd 1.5 3.556 -0.514
NGC4236 47.113228 11.381826 12h 16m 42.1 s +69° 27′ 45″ 逆 -1 SBd -1 4.179 0.825
NGC3077 41.85382 0.83246 10h 03m 19.07 s +68° 44′ 2.1″ 橢圓 0 E 0 3.528 0.051
獵犬座
M106 68.7407163 5.5497894 12h 18m 57.5s +47° 18′ 14″ 逆 -1 SBbc -2 7.514 0.727
NGC 4096 67.88263 3.52646 12h 06m 01.16 s +47° 28′ 42.1″ 逆 -1 SBc -2 13.564 0.834
NGC 4242 70.27946 4.80634 12h 17m 30.12 s +45° 37′ 9.1″ 順 1 SBd 1 7.903 0.662
NGC 4618 75.79894 7.79275 12h 41m 32.84 s +41° 09′ 2.7″ 順 1 Sm 0.5 7.3 0.990
NGC 4625 75.69378 7.88299 12h 41m 52.7 s +41° 16′ 25.4″ 逆 -1 SBm -0.5 8.2 1.125
天龍座
M101 63.5815591 22.6127593 14h 03m 12.4s +54° 20′ 57″ 逆 -1 SBcd -1.5 7.151 2.750
NGC 5474 64.30133 22.93279 14h 05m 1.61 s +53° 39′ 43.9″ 順 1 Scd 1.5 6.4 2.494
天龍座
NGC5866(M102) 59.97874 31.18294 15h 06m 29.50 s +55° 45′ 47.568″ ?? S 14.675 7.598
NGC5879 58.43823 31.1916 15h 09m 46.75 s +57° 00′ 0.8″ 逆 -1 Sbc -2 16.464 8.527
NGC5907 58.81894 32.21711 15h 15m 53.69 s +56° 19′ 43.9″ ?? Sc 16.483 8.788
室女座星系團
M104 126.690752 -6.6800089 12h 39m 59.4s -11° 37′ 23″ ?? Sa 10.457 -1.216
M58 103.90837 -0.89236 12h 37m 43.5s +11° 49′ 05″ 逆 -1 SBb -2.5 19.583 -0.305
M59 104.36618 0.07444 12h 42m 2.32 s +11° 38′ 49″ 橢圓 0 E5 0 15.821 0.021
M60 104.56671 0.43175 12h 43m 40.0 s +11° 33′ 10″ 橢圓 0 E2 0 16.537 0.125
M61 109.86264 -6.7196 12h 21m 54.9s +04° 28′ 25″ 順 1 SBbc 2 12.1 -1.416
M87 102.88058 -2.34794 12h 30m 49.42 s +12° 23′ 28″ 橢圓 0 E 0 16.675 -0.683
M89 103.0584 -1.16812 12h 35m 39.88 s +12° 33′ 21.7″ 橢圓 0 E0 0 15.574 -0.317
M88 101.01629 -1.49558 12h 31m 59.2s +14° 25′ 14″ 逆 -1 Sb -2.5 19.505 -0.509
M90 102.55602 -0.72467 12h 36m 49.8s +13° 09′ 46″ 逆 -1 SBab -2 12.352 -0.156
M91 101.18145 -0.67252 12h 35m 26.4s +14° 29′ 47″ 順 1 SBb 2.5 16.196 -0.190
M98 99.24962 -5.55269 12h 13m 48.3s +14° 54′ 01″ 逆 -1 SBab -2 15.99 -1.547
M99 100.08328 -4.54266 12h 18m 49.6s +14° 24′ 59″ 順 1 Sc 2 15.243 -1.207
M100 99.03471 -3.18055 12h 22m 54.9 s +15° 49′ 21″ 逆 -1 SBbc -2 15.79 -0.876
NGC4351 102.57734 -3.99109 12h 24m 01.5 s +12° 12′ 17″ 逆 -1 SBab -2 18.4 -1.281
NGC4394 96.96237 -1.78361 12h 25m 55.5 s +18° 12′ 51″ 順 1 SBb 2.5 16.8 -0.523
NGC4450 98.22161 -1.53036 12h 28m 29.6 s +17° 05′ 5.8″ 順 1 Sab 2 16.542 -0.442
NGC4535 107.1511 -2.70788 12h 34m 20.3 s +08° 11′ 51.9″ 逆 -1 SBc -2 16.468 -0.778
NGC4567 104.36502 -1.32673 12h 36m 32.7 s +11° 15′ 28.3″ 順 1 Sbc 2 25.55 -0.592
NGC4568 104.3853 -1.32589 12h 36m 34.29 s +11° 14′ 19.1″ 順 1 Sbc 2 20.933 -0.484
NGC4571 101.55144 -0.40283 12h 36m 56.37 s +14° 13′ 2.5″ 順 1 Sd 1 18.26 -0.128
NGC4647 104.52962 0.41064 12h 43m 32.54 s +11° 34′ 56.9″ 逆 -1 SBc -2 18.3 0.131
NGC4651 99.9134 1.76927 12h 43m 42.63 s +16° 23′ 36.2″ 逆 -1 Sc -2 26.708 0.825
NGC4654 103.07192 0.92894 12h 43m 56.64 s +13° 07′ 34.9″ 逆 -1 SBcd -1.5 16.345 0.265
NGC4689 102.71213 1.99471 12h 47m 45.5 s +13° 45′ 46″ 順 1 Sbc 2 17.914 0.624
從表二可觀察到的順時針方向螺旋星系共有27個，逆時針方向共有35個，根據表三的計算，本超星系團可辨認螺旋星系，無顯著證據顯示順時針星系較多。故代表者本超星系團整體角動量無顯著方向特徵，而表二中在每個星系團中都有順逆時針方向的螺旋星系，代表角動量在星系團的尺度內無顯著方向特徵。
表三、順逆時針星系數量的卡方檢定
H0:順時針和逆時針星系一樣多(1:1)
HA:逆時針較順時針星系多( 不為1:1)
觀察值 期望值
逆時針星系 35 31
順時針星系 27 31
χ2=(35-31)2 / 31 + (27-31)2 / 31 = 16/31 + 16/31 =1.07
查表χ2
χ2 (0.05,1) = 3.841 >1.07>0.455 =χ2 (0.50,1)
選擇α = 0.05，無法拒絕H0假設，即無證據顯示逆時針星系較多。
二、依據盤面高度和轉向關係圖（圖九），我們發現在本超星系團裡螺旋星系的轉向和盤面高度沒有隨高度增加某些轉向的星系變多，代表本超星系團整體角動量沒有特徵，有可能暗指本超星系團的形成是紊亂的、沒有整體性。大型橢圓星系都聚集在本超星系團的盤面中心，代表本超星系團在盤面中心的星系碰撞與合併是比較劇烈而頻繁。
圖九、盤面高度和轉向關係圖，1代表順時針方向，-1代表逆時針方向。
三、依據轉向強度和高度關係圖，我們發現在同樣高度上，若有一Sb順時針螺旋星系，就可能有另一個Sb的螺旋星系，轉向強度在本超星系團盤面高度上具有對稱性。在盤面之下Sa螺旋星系分布較多，而在盤面以上Sc與Sd螺旋星系分布較多。
圖十、轉向強度和高度關係圖，正值代表順時針方向，負值代表逆時針方向，轉向強度
在本超星系團裡具有對稱性。
陸、討論
利用表二中各星系的超星系座標經緯(SG經緯)和離銀河系距離，我們轉換出以銀河系為原點的直角座標值(XYZ)，轉換出來的直角座標值如附錄一。我們將附錄一各星系直角座標值(XYZ)在三維座標圖上描點，如圖十一。依據三維螺旋星系空間分布圖，我們可以很明顯看出，各星系團中順逆時針方向皆有，星系較密集的三處，都有大的橢圓星系在其中。
圖十一、三維螺旋星系空間分布圖。紅色點為逆時針方向螺旋星系，藍色為順時針方向，綠色為橢圓星系。
接下來，利用附錄一以銀河系為原點的直角座標值(XYZ)，轉換原點至M87巨大橢圓星系為中心，得到新的直角座標值(XcYcZc)，再算出各星系至M87的距離(Rc)。對各星系(Rc)距離和轉向與轉向加權做圖，發現星系轉向與各星系至本超星系團中心距離無明顯特徵。
圖十二、各星系(Rc)距離和轉向關係圖，隨著與中心距離增加，順逆時針方向的螺旋星系數量無顯著差異，座標距離為百萬秒差距(Mpc)。
圖十三、各星系(Rc)距離和轉向加權強度關係圖，星系轉向與各星系至本超星系團中心距離無明顯特徵。
星系角動量十分巨大，不可能由一小塊超密物質所提供，必定是由比星系更大尺度的來源提供星系的角動量，所以根據表二，我們認為星系團裡，若有一順時針的星系則必有一逆時針的星系，角動量才能守恆。
螺旋星系具有明顯的角動量特徵，將尺度放大至星系團或本超星系團時角動量的方向特徵就變的不明顯，我們將本超星系團所有的星系團中的轉向強度相加，如表四。可看出表中的各星系團轉向強度相加後並沒有明顯增加，沒有比單一個螺旋星系的轉向強度還強，代表其角動量的方向特徵並沒有十分明顯。本超星系團至少幾萬個星系，轉向強度相加後才差不多只有七個螺旋星系強，幾乎等於是沒有方向特徵。根據之前所描述本超星系團形成的可能狀況，若本超星系團和星系團角動量無方向特徵，代表以星系為尺度受外界力矩而收縮，角動量來源是星系互相之間。
表四、各星系團中的星系轉向強度相加表
名稱 M96
星系群 M51
星系群 M94
星系團 獅子座三胞胎 本星系群 大熊座星系團 M81
星系團 獵犬座星系團 天龍座星系團 室女座星系團 總體
轉動
強度和 -0.5 0 3.5 -2.5 -3 -5 -1,5 -3 -2 -2.5 -16.5
經過以上的分析統計後，發現星系在本超星系團座標系裡有些關聯性，本超星系團盤面附近聚集了許多螺旋星系及橢圓星系，且盤面以上及以下角動量並無明顯方向特徵。讓我們留意的是大部分的螺旋星系及橢圓星系都聚集在盤面，進一步猜想是因為本超星系團盤面的螺旋星系與橢圓星系互相撞擊著，導致星系的變動很頻繁，也會導致角動量的方向特徵會漸漸不明顯，盤面以上及以下的星系也可能以各自星系團尺度互相碰撞而交換角動量。但是不管星系如何碰撞，單一個螺旋星系巨大的角動量是不可能由本身內部提供，所以我們認為至少要以星系團尺度等級來形成螺旋星系，角動量來源是星系互相之間。而由表二也看出本超星系團的發展情形傾向於星系團與星系團各自發展，進而互相之間有重力牽引而組成本超星系團。
未來工作
1. 各星系真實轉速≠表(二)的轉向強度加權
我們曾嘗試找出各螺旋星系的轉速，但發現參考文獻過少，所以不得不放棄找尋轉速，改用各螺旋星系外形的平均速度來代替，所以要更精確的描述星系的角動量大小就必須找出各星系真實轉速，另外像側面面對我們的星系，最好也能找出其轉動方向和轉速。如此才能提升表二的精確程度。
2. 星系在宇宙間有各自的空間速度，我們不知道各星系的空間運動的質心在哪裡，也不知其真實在宇宙間的運行速度，所以若以本超星系團為整體來看，無法得知各星系空間速度對本超星系團中心的角動量有多少或影響多大。
3. 不知星系是否將角動量傳至星系內使得內部恆星受到影響，例如太陽和眾多恆星的自轉方向，及行星等公轉自轉角動量，會不會和星系的角動量有很大關係?
所以本篇所得到的結論是現階段觀測證據可以支持的，但是關於本超星系團的最真形成原因，還須要更多觀測數據才能慢慢深入了解。
柒、結論
1. 每個星系團中都有順逆時針方向的螺旋星系，代表角動量在星系團的尺度內可能是守恆的。
2. 根據順逆時針星系數量的卡方檢定，本超星系團整體角動量無顯著方向特徵。
3. 本超星系團裡螺旋星系的轉向和盤面高度沒有隨高度增加某些轉向的星系變多。大型橢圓星系都聚集在本超星系團的盤面中心，代表本超星系團在盤面中心的星系碰撞與合併是比較劇烈而頻繁。
4. 我們發現在同樣盤面高度上，若有一某星系外形順時針螺旋星系，就可能有另一個同外形的螺旋星系，轉向強度在本超星系團盤面高度上具有對稱性。
5. 星系轉向與各星系至本超星系團中心距離無明顯特徵。
6. 單一個螺旋星系巨大的角動量是不可能由本身內部提供，所以我們認為至少要以星系團尺度等級來形成螺旋星系，角動量來源是星系互相之間。而本超星系團的發展情形傾向於星系團與星系團各自發展，進而互相之間有重力牽引而組成本超星系團。
捌、參考資料及其他
本超星系團(無日期)。 民100年4月9日，取自
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%AC%E8%B6%85%E6%98%9F%E7%B3%BB%E5%9B%A2
Hu, F. X., et al(2006).Orientation of Galaxies in the Local Supercluster: A Review. Astrophysics and Space Science. Apr 2006, 302 (1-4): 43-59.
周體健（民84）。簡明天文學。新竹市：凡異。
游鎮烽（民99）。基礎地球科學(上)。新北市：泰宇。
Seeds, M. A. (1995). HORIZONS-Exploring the Universe. Belmont, California: Wadsworth Publishing Company.
成功大學天文實驗室(無日期)。民100年4月10日，取自http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/
密度波理論(無日期)。民100年4月10日，取自http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%86%E5%BA%A6%E6%B3%A2
Aladin sky atlas(無日期)。 民100年4月9日，取自
http://aladin.u-strasbg.fr/java/nph-aladin.pl
NASA/IPAC Extragalactic Database(無日期)。民100年4月9日，取自
http://ned.ipac.caltech.edu/
The NASA Astrophysics Data System(ADS) (無日期)。 民100年4月9日，取自
http://adsabs.harvard.edu/abstract_service.html
附錄一、各星系直角座標值
以銀河系為原點的直角座標值(XYZ)，而轉換原點至M87巨大橢圓星系為中心，得到新的直角座標值(XcYcZc)，再算出各星系至M87的距離(Rc)。
座標單位距離為百萬秒差距(Mpc)。
名字 轉向 外形 外形加權 X Y Z Xc Yc Zc Rc
M96星系群 （也稱為獅子I星系群）
M96 順 1 SBab 2 -0.727 9.694 -4.827 2.987 -6.548 -4.144 8.305
M95 逆 -1 SBb -2.5 -0.643 8.990 -4.608 3.071 -7.252 -3.925 8.799
M105 橢圓 0 E1 0 -0.597 9.401 -4.565 3.117 -6.841 -3.882 8.460
M51星系群是一個位在天龍座的星系群
M51 逆 -1 Sbc -2 2.480 7.254 2.393 6.194 -8.988 3.076 11.340
M63 順 1 Sbc 2 2.070 8.428 2.204 5.784 -7.814 2.887 10.141
M94星系團（也稱為獵犬I星系團)
M94 順 1 Sab 2 1.171 4.782 0.824 4.885 -11.460 1.507 12.548
M64 順 1 Sab 2 -0.525 5.352 0.577 3.189 -10.890 1.260 11.417
IC 4182 逆 -1 Sm -0.5 0.739 4.339 0.904 4.453 -11.903 1.587 12.807
獅子座三胞胎 （也稱為M66星系群）
M65 逆 -1 SBa -2.5 -1.324 11.883 -4.043 2.390 -4.359 -3.360 6.000
M66 逆 -1 SBb -2.5 -1.096 9.497 -3.185 2.618 -6.745 -2.502 7.655
NGC 3593 順 1 Sa 2.5 -0.560 5.146 -1.860 3.154 -11.096 -1.177 11.596
本星系群
m31 逆 -1 Sb -2.5 0.721 -0.318 0.175 4.435 -16.560 0.858 17.165
m33 順 1 Scd 1.5 0.753 -0.462 -0.001 4.467 -16.704 0.682 17.305
milky way 逆 -1 SBbc -2 0.000 0.000 0.000 3.714 -16.242 0.683 16.675
大熊座星系團
m108 順 1 SBcd 1.5 7.132 10.957 -0.174 10.846 -5.285 0.509 12.075
m109 逆 -1 SBbc -2 11.696 21.878 1.864 15.410 5.636 2.547 16.604
NGC3718 順 1 SBa 2.5 8.325 14.821 0.218 12.039 -1.421 0.901 12.156
NGC3359 逆 -1 SBc -2 11.704 13.410 0.200 15.418 -2.832 0.883 15.701
NGC3726 逆 -1 SBc -2 7.025 15.910 -0.536 10.739 -0.332 0.147 10.745
NGC3893 逆 -1 SBc -2 7.462 16.517 0.399 11.176 0.275 1.082 11.232
NGC3938 順 1 Sc 2 5.909 16.419 0.057 9.623 0.177 0.740 9.653
NGC3953 順 1 SBbc 2 8.461 16.354 1.089 12.175 0.112 1.772 12.304
NGC4051 逆 -1 SBbc -2 4.865 13.729 0.524 8.579 -2.513 1.207 9.020
NGC4088 逆 -1 SBbc -2 6.851 14.669 1.268 10.565 -1.573 1.951 10.858
NGC 3917 逆 -1 Scd -1.5 7.687 15.045 0.815 11.401 -1.197 1.498 11.561
NGC 3949 順 1 Sbc 2 7.250 16.911 0.552 10.964 0.669 1.235 11.054
NGC 3972 逆 -1 Sbc -2 9.278 16.038 1.535 12.992 -0.204 2.218 13.182
NGC 3982 順 1 SBb 2.5 10.892 18.996 1.825 14.606 2.754 2.508 15.073
IC 749 逆 -1 SBcd -1.5 5.287 16.156 0.193 9.001 -0.086 0.876 9.044
NGC 4100 順 1 Sbc 2 8.733 19.523 1.588 12.447 3.281 2.271 13.071
NGC 4102 順 1 SBb 2.5 9.524 18.650 1.947 13.238 2.408 2.630 13.709
NGC 4142 逆 -1 SBd -1 11.874 23.032 2.670 15.588 6.790 3.353 17.330
NGC 4800 逆 -1 Sb -2.5 7.186 20.864 4.396 10.900 4.622 5.079 12.882
大熊座星系團
M81 逆 -1 Sab -2 2.778 2.425 0.038 6.492 -13.817 0.721 15.283
NGC2403 順 1 SBcd 1.5 3.023 1.802 -0.514 6.737 -14.440 0.169 15.935
NGC4236 逆 -1 SBd -1 2.788 3.002 0.825 6.502 -13.240 1.508 14.828
NGC3077 橢圓 0 E 0 2.628 2.354 0.051 6.342 -13.888 0.734 15.285
獵犬座
M106 逆 -1 SBbc -2 2.712 6.970 0.727 6.426 -9.272 1.410 11.369
NGC 4096 逆 -1 SBc -2 5.097 12.542 0.834 8.811 -3.700 1.517 9.676
NGC 4242 順 1 SBd 1 2.657 7.413 0.662 6.371 -8.829 1.345 10.970
NGC 4618 順 1 Sm 0.5 1.774 7.012 0.990 5.488 -9.230 1.673 10.868
NGC 4625 逆 -1 SBm -0.5 2.007 7.871 1.125 5.721 -8.371 1.808 10.299
天龍座
M101 逆 -1 SBcd -1.5 2.937 5.912 2.750 6.651 -10.330 3.433 12.757
NGC 5474 順 1 Scd 1.5 2.556 5.311 2.494 6.270 -10.931 3.177 12.996
天龍座
NGC5866(M102) ?? S 6.281 10.870 7.598 9.995 -5.372 8.281 14.048
NGC5879 逆 -1 Sbc -2 7.372 12.001 8.527 11.086 -4.241 9.210 15.023
NGC5907 ?? -1 Sc 7.220 11.931 8.788 10.934 -4.311 9.471 15.094
室女座
M104 ?? Sa -6.206 8.328 -1.216 -2.492 -7.914 -0.533 8.314
M58 逆 -1 SBb -2.5 -4.707 19.007 -0.305 -0.993 2.765 0.378 2.962
M59 橢圓 0 E5 0 -3.925 15.326 0.021 -0.211 -0.916 0.704 1.174
M60 橢圓 0 E2 0 -4.159 16.005 0.125 -0.445 -0.237 0.808 0.952
M61 順 1 SBbc 2 -4.083 11.302 -1.416 -0.369 -4.940 -0.733 5.008
M87 橢圓 0 E 0 -3.714 16.242 -0.683 0.000 0.000 0.000 0.000
M89 橢圓 0 E0 0 -3.518 15.168 -0.317 0.196 -1.074 0.366 1.151
M88 逆 -1 Sb -2.5 -3.726 19.139 -0.509 -0.012 2.897 0.174 2.902
M90 逆 -1 SBab -2 -2.685 12.056 -0.156 1.029 -4.186 0.527 4.343
M91 順 1 SBb 2.5 -3.140 15.887 -0.190 0.574 -0.355 0.493 0.835
M98 逆 -1 SBab -2 -2.558 15.708 -1.547 1.156 -0.534 -0.864 1.539
M99 順 1 Sc 2 -2.660 14.960 -1.207 1.054 -1.282 -0.524 1.740
M100 逆 -1 SBbc -2 -2.476 15.570 -0.876 1.238 -0.672 -0.193 1.422
NGC4351 逆 -1 SBab -2 -3.997 17.915 -1.281 -0.283 1.673 -0.598 1.799
NGC4394 順 1 SBb 2.5 -2.035 16.668 -0.523 1.679 0.426 0.160 1.739
NGC4450 順 1 Sab 2 -2.365 16.366 -0.442 1.349 0.124 0.241 1.376
NGC4535 逆 -1 SBc -2 -4.851 15.718 -0.778 -1.137 -0.524 -0.095 1.255
NGC4567 順 1 Sbc 2 -6.337 24.745 -0.592 -2.623 8.503 0.091 8.898
NGC4568 順 1 Sbc 2 -5.199 20.271 -0.484 -1.485 4.029 0.199 4.299
NGC4571 順 1 Sd 1 -3.656 17.890 -0.128 0.058 1.648 0.555 1.739
NGC4647 逆 -1 SBc -2 -4.591 17.714 0.131 -0.877 1.472 0.814 1.897
NGC4651 逆 -1 Sc -2 -4.596 26.297 0.825 -0.882 10.055 1.508 10.205
NGC4654 逆 -1 SBcd -1.5 -3.696 15.919 0.265 0.018 -0.323 0.948 1.002
NGC4689 順 1 Sbc 2 -3.940 17.464 0.624 -0.226 1.222 1.307 1.803
留言列表
ScienceDaily翻譯_專題作業 (9)
{{ article.title }}