【深度認識】矮星系

你曾經抬頭望向星空，想過我們身處的銀河系，其實只是一個浩瀚宇宙裡無數「星系」（galaxy）中的其中一員嗎？但如果把目光放遠一點，你會發現，宇宙大部分的星系，其實根本沒有銀河系那般壯觀宏偉。這些「小而精」的天體，被稱為「矮星系」（dwarf galaxy）。它們體積細小，星星數量遠不及銀河系，但對宇宙結構和演化，卻舉足輕重。今天，就讓我帶你深入了解這群看似低調、卻充滿故事的宇宙「小社區」！

甚麼是矮星系？天文學的「迷你社區」

簡單來說，矮星系是指那些在體積、質量、星數、亮度各方面都比大型星系（如銀河系）小得多的星系系統。天文學家通常把擁有約一千萬（10⁷）顆恆星以下的星系劃分為矮星系。而銀河系的恆星數量高達「一千億」（10¹¹）之譜——換句話說，矮星系大約相當於銀河系的「萬分之一」規模，甚至更小。

矮星系同時又有細分種類，例如矮橢圓星系（dwarf elliptical galaxy）、矮不規則星系（dwarf irregular galaxy）、矮球狀星系（dwarf spheroidal galaxy）、以及矮螺旋星系等。每一種都風格獨異，如同各處小社區的氛圍各有不同，有的「人口」稀疏，有的結構混亂，有的則更貼近大型星系的形狀。

矮星系的基本參數一覽

• 體積：直徑由數百光年至幾千光年不等，遠比銀河系（約10萬光年直徑）細小，有些甚至只如一個球狀星團（globular cluster）。
• 質量：大約10⁷至10⁹個太陽質量（solar mass），而銀河系的質量則超過10¹²個太陽質量。
• 距離地球：最接近的矮星系，例如人馬矮星系（Sagittarius Dwarf Spheroidal Galaxy）或大麥哲倫雲（Large Magellanic Cloud, 縮寫LMC），距離約6萬—20萬光年。遠的如IC 1613，則逾240萬光年。
• 溫度：矮星系以恆星主導，因此內部沒有統一「溫度」。個別恆星溫度因類型而異，例如紅巨星較冷、藍巨星則極熱（數千至數萬度）。
• 成分：主要由恆星、氣體、塵埃及暗物質（dark matter）組成。部分矮星系幾乎全由暗物質主導，其可見物質（即可以望遠鏡直接看到的物質）極為稀少。
• 歷史：矮星系是宇宙中最早形成的星系類型之一，可以追溯至宇宙誕生後不久約100億至130億年前。
• 自轉、公轉時間：大部份矮星系自轉週期很長，部分甚至不明顯。有些矮星系圍繞大型星系（如銀河系）公轉，週期從數億至十多億年不等。

如果打個比喻，銀河系就好像一個超級都市（例如香港），而矮星系則像圍繞著的偏遠小鄉鎮——人口少、規模細，但卻有自己的獨特面貌與歷史。

矮星系與太陽、地球有甚麼關聯？

嚴格來說，我們的太陽其實就在銀河系當中，和矮星系只是「鄰居」甚至「遠方親戚」。但在人類認識宇宙的過程中，矮星系提供了極其寶貴的信息：

• 矮星系中儲存了「原始」恆星，這些恆星的成分含量（如金屬元素）非常低，可以反映宇宙大爆炸（Big Bang）後早期星系的原始狀態，有助於我們了解宇宙早期歷史。
• 部份矮星系和銀河系正在經歷合併，例如人馬矮星系，就正被銀河系「吞併」中，為大星系提供「星際養份」。宇宙中的「都市擴展」正是在矮星系的貢獻下逐步發生。
• 相比銀河系表現出的規模，矮星系顯示出小規模星系的動力學、形態演化，對比就如一個小農村和現代都市間的運作差別。

矮星系的分類與特色

矮星系雖被稱為「矮」，但風格、組成都千變萬化，專業分類方法包括：

• 矮橢圓星系（Dwarf elliptical galaxy）：球形或橢圓形結構，星體較密集，金屬含量偏低。
• 矮球狀星系（Dwarf spheroidal galaxy）：更為鬆散，只擁有小量氣體，亮度低得難以觀測。
• 矮不規則星系（Dwarf irregular galaxy）：結構混亂，氣體比例較高，亦有新恆星誕生。
• 矮螺旋星系（Dwarf spiral galaxy）：帶有星系盤和螺旋臂，但極小規模。

更令人驚訝的是，有些矮星系像一般大型星系一樣擁有暗物質暈（dark matter halo），但其可見部分只佔一小撮，是「暗而隱形」的存在。有例於最近發現的幽靈矮星系（ultra-faint dwarf galaxy），其亮度遠低於一般矮星系，只能靠先進望遠鏡和特殊數據分析才被探測出來。

矮星系的成分分析──暗物質的窗口

矮星系另一個「吸睛」之處，就是它們似乎含有大量暗物質。暗物質（dark matter）是一種無法直接觀測、卻有引力作用的物質，佔據了宇宙大約85%的質量。很多矮星系的質量如果以光學可見部分來計算，十分「輕盈」；但若以其內部恆星「轉動」的方式倒算，則發現其實大部分「重量」都藏在看不見的暗物質之中。

所以天文學家對矮星系特別著迷，正因為這些小星系很可能是理解「暗物質」的最佳實驗室。就像你想了解某種神秘成分，會選擇在一個人少、噪音少的小村莊測試，而不是在繁忙的城市裡；矮星系的環境正好提供了這種「低噪音」的研究舞台。

矮星系的「家族」——與銀河系的仲裁關係

根據近年的天文觀測，銀河系周圍至少有50個以上已知的矮星系圍繞運行，包括大、小麥哲倫雲、人馬矮星系等。這些「衛星星系」（satellite galaxies）有點像英國環繞著不同自治島嶼，各有亮點。

大麥哲倫雲（LMC）是距離地球最近、最明亮的矮星系之一，直徑約1.4萬光年，質量達100億太陽質量，是銀河系最著名的「伴侶」。至於人馬矮星系，則正值被銀河系潮汐力拉扯、逐漸解體之中，其恆星甚至「拋」進銀河系的盤內，不斷為本地「補充新血」。

矮星系之間有時也會彼此「合併」或「碰撞」，為星系的成長添上濃厚一筆。現時天文學界認為，很多大型星系其實都是由眾多矮星系一點一滴吞併累積而成，可以說「沒矮星系，無大都市」。

矮星系在現代天文學的角色與挑戰

矮星系不僅是宇宙原始資料庫，更被視作黑暗物質物理、星系成長、星體化學的「鑰匙」。但正因大部份矮星系亮度極低，多埋藏在大型星系附近的「濃霧」中，令發現與研究極具挑戰。

近年，由於超大型地面望遠鏡和空間望遠鏡（例如哈勃Hubble和歐洲蓋亞Gaia探測器）的發展，我們對這些幽靈矮星系的認識暴增。香港近年亦有中學生參與搜查矮星系的新計劃，你未來也可以成為「尋星獵人」！

結語：小社區，大故事

矮星系雖然比不上銀河系那樣宏偉壯觀，它們卻藏有宇宙最珍貴的秘密——從星系如何誕生，黑暗物質的真相，到大型星系的成長歷程，都是憑著這些「小人物」拼湊出來。正如生活中的小社區，蘊涵獨特氛圍和集體回憶，矮星系亦是宇宙故事不可或缺的一頁。

下次抬頭望向星空時，不妨想想：在那些星海背後，千百個細小而寧靜的矮星系，正默默書寫著宇宙進化的大故事。你，也可以用雙眼和好奇心，一起探索他們的奧妙！