[비즈한국] 宇宙中存在着极其多样的星系。根据形状，星系通常分为两大类。首先是椭圆星系，其中的恒星呈弥散的球状分布。椭圆星系内的恒星分别围绕着星系中心的黑洞进行随机轨道运动。这就像看着一群嗡嗡作响的蜜蜂聚在一起飞行，整体看起来是一个圆形的椭圆状。第二类是圆盘星系，恒星聚集在一起形成扁平的圆盘形状。由于恒星都朝着同一个方向绕着星系中心旋转，因此形成了扁平的圆盘。通常圆盘星系因为拥有巨大而美丽的旋臂，也被称为螺旋星系。
然而，在宇宙的星系中，也存在着仅靠这两种分类难以定义的奇特形状的星系。如果要选出其中最具代表性的星系，非霍格天体（Hoag's Object）莫属，它像一个巨大的甜甜圈，包裹着清晰的环状结构。
距离我们约6亿光年的霍格天体终究也是一个星系。和我们的银河系一样，它汇聚了无数恒星。这种独特的环状天体于1950年首次被发现。但由于形状太过独特，最初发现时，天文学家甚至没有将其视为星系。实际上，首次发现该天体的天文学家霍格本人，也认为这可能是一个环状的行星状星云。
行星状星云是像太阳这样质量不太大的恒星在演化结束并崩塌时，向四面八方喷射物质所留下的残骸。实际上，行星状星云可以根据恒星的自转、是否为双星系统等多种复杂条件，形成千差万别的形态。其中，环形属于比较简单的形态。顾名思义，呈现巨大环状的环状星云就是典型代表。霍格在最初发现这个奇怪星系时，认为它只是远处发现的另一个环状星云。
他还提出了另一种可能性，认为这可能是由于大质量星系导致周围时空扭曲而形成的引力透镜影像。事实上，如果作为透镜的天体与背景天体极其巧妙地处于近乎直线的排布上，我们就能看到背景天体的虚像将作为透镜的天体完美地环绕起来。
但在当时的技术条件下，无法确认照片中的中心部分和外围圆环分别距离地球有多远，霍格关于引力透镜的推测也仅仅停留在假设阶段。事实上，考虑到真正的引力透镜影像观测是在1990年哈勃太空望远镜升空后才真正成为可能，在1950年——当时连在宇宙中部署一颗人造卫星都困难重重，更不用说太空望远镜——仅凭地面望远镜观测就大胆推测可能观测到了引力透镜影像的霍格，显得非常了不起。
此后，到了1987年，人们终于能够更详细地研究霍格天体。观测内部中心部分和外围环状部分的光谱结果显示，两者表现出相同的红移。这意味着中心部分和外围环状物位于同一距离，是同一个天体。如果如霍格谨慎提出的那样，这真的是引力透镜影像，那么外围的环状部分应该呈现出模糊且破碎的样子，因为它本应是一个距离更远的背景星系。但从后续进行的新观测图像来看，环状部分也能清晰地分辨出单个恒星和星团。这证明它是位于不太遥远距离处的星系的一部分。
霍格天体的中心呈现出特别的黄色光芒。这是因为年龄较大、温度较低的恒星高密度地聚集在星系中心。相比之下，外围的环则散发出蓝白色的光芒。环由更晚诞生、更年轻且炽热的恒星组成。中心的星系核和外围的环界限分明。中间似乎几乎是空的，什么都没有。正因如此，将其简单归类为圆盘星系或螺旋星系会感到棘手。说它是普通的圆盘星系，它的圆盘却是空的。看起来就像有人把披萨中间的部分全吃光了，只留下了圆形的饼皮边缘。
天文学家别无选择，只好将霍格天体这类极少数的例外称为“环星系”。另一个类似的代表性星系是NGC 1291。
与环星系类似，还有被称为极环星系（polar-ring galaxy）的星系，名字虽相似，但两者有着本质区别。极环星系的起源相对容易理解。极环星系是在两个普通星系相互吸引、碰撞和相互作用的过程中形成的。星系碰撞的结果取决于每个星系的质量、蕴含的气体量，以及相互碰撞的角度和速度。极环星系也是非常戏剧性的例子之一，看起来像是两个碰撞的星系互相钻入并贯穿对方。虽然这也很令人印象深刻，但与霍格天体显然不同。极环星系比完美的环星系要常见得多。
那么，这种完美的环状星系究竟是如何存在的呢？人们可能会想到另一个样子相似的案例——车轮星系（Cartwheel Galaxy）。在车轮星系中，也能看到中心明亮的星系核和环绕边缘的环状结构。
事实上，这是极端星系碰撞产生的产物。一个稍小的星系向原本呈普通圆盘状的星系几乎正中心钻入并发生碰撞。那一瞬间，圆形的冲击波向四面八方扩散，原本存在的旋臂全部被打乱。就像陨石落在月球上会形成圆形的陨石坑一样，可以将其看作是星系版的巨大陨石坑。
不过，车轮星系也与霍格天体有着明显的区别。仔细观察会发现，车轮星系如其名，可以看到几条连接星系边缘到核心的、类似车轮辐条般的气流。这是碰撞后受损的旋臂结构正在恢复的样子。
与极环星系、车轮星系相比，霍格天体的星系中心部和边缘环状结构分离得过于干净利落。中间看起来真的几乎空无一物。而且边缘的环状结构也完全没有表现出不对称或扭曲。它描绘出了一个完美而有序的环。天文学家至今还不清楚这样的完美之环是如何在宇宙中存在的。
虽然有一些假设，其中之一是该星系中心原本存在棒状结构，属于棒旋星系。星系中心的棒状结构在将星系内部的气体物质吸入中心、改变星系内部质量分布方面起着重要作用。即使不与周围其他星系发生直接碰撞，拥有棒状结构的星系内部形态也会发生更剧烈的变化。
根据假设，很久以前，通过存在于该星系中心的棒状结构，原本存在于恒星圆盘中的大量气体物质全部集中到了星系中心。结果，边缘只剩下了圆形的环，中心形成了聚集着老恒星的黄色核。正如最初所说，就像中心棒状结构把原本填满整个星系“披萨”的馅料全吃光了，只剩下边缘一样！
这个假设曾经引起关注，但遗憾的是目前并未得到天文学界的广泛认同。通常，由于星系中心棒状结构导致形态改变，中心会留下稍微扭曲的椭圆形星系核，而不是完全圆形的核。此外，由于星系外围环上的恒星仍在保持完美的圆轨道运行，由久远的中心棒状结构导致恒星和气体物质的动力学运动发生变形而形成现今形态的假设，也失去了说服力。
也有可能原本是一个平凡的小型圆形星系，通过掠夺周围其他星系的物质，在外围形成了圆形环状结构。但直径达6万光年的巨大霍格天体，其边缘环蕴含的气体物质比我们的银河系还多。因此，很难认为如此大量的气体物质是一次性从外部流入的。这一美丽而独特的景象究竟是如何存在的，依然是一个有趣的谜团。
前面看到的霍格天体照片是哈勃太空望远镜于2001年7月9日拍摄的。仔细观察照片，令人惊讶的是，在霍格天体巨大环的1点钟方向，还能看到另一个相似的环状星系偶然重叠在一起。在宇宙所有星系中估计仅占0.1%的独特环状星系，竟然不是一个，而是两个偶然在相似方向重叠在一起！这确实是惊人的巧合。近处的宇宙与更遥远的宇宙，两个距离完全不同的地方，巧妙地呈现出两个霍格天体重叠的景象，这似乎展示了一个事实：即便是概率极低，在这个广袤的宇宙中，事情终究会在某个地方发生。即便概率极低，宇宙巨大的尺度也足以抵消那份概率的渺小。
作者池雄培（Ji Ung-bae）是谁？他热爱猫和宇宙。小时候看了《银河铁道999》后，立志要将宇宙的美丽传播给大众。目前在延世大学星系演化研究中心及近宇宙论实验室研究通过星系相互作用产生的演化，并进行演讲和写作等多样化的科学传播活动。著有《썸 타는 천문대》（暧昧天文台）、《하루 종일 우주 생각》（整天思考宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科学）等书籍。