[비즈한국] 宇宙中存在著極其多樣的星系。根據形狀，星系通常分為兩大類。首先是橢圓星系，其中的恆星呈彌散的球狀分佈。橢圓星系內的恆星分別圍繞著星系中心的黑洞進行隨機軌道運動。這就像看著一群嗡嗡作響的蜜蜂聚在一起飛行，整體看起來是一個圓形的橢圓狀。第二類是圓盤星系，恆星聚集在一起形成扁平的圓盤形狀。由於恆星都朝著同一個方向繞著星系中心旋轉，因此形成了扁平的圓盤。通常圓盤星系因為擁有巨大而美麗的旋臂，也被稱為螺旋星系。
然而，在宇宙的星系中，也存在著僅靠這兩種分類難以定義的奇特形狀的星系。如果要選出其中最具代表性的星系，非霍格天體（Hoag's Object）莫屬，它像一個巨大的甜甜圈，包裹著清晰的環狀結構。
距離我們約6億光年的霍格天體終究也是一個星系。和我們的銀河系一樣，它匯聚了無數恆星。這種獨特的環狀天體於1950年首次被發現。但由於形狀太過獨特，最初發現時，天文學家甚至沒有將其視為星系。實際上，首次發現該天體的天文學家霍格本人，也認為這可能是一個環狀的行星狀星雲。
行星狀星雲是像太陽這樣質量不太大的恆星在演化結束並崩塌時，向四面八方噴射物質所留下的殘骸。實際上，行星狀星雲可以根據恆星的自轉、是否為雙星系統等多種複雜條件，形成千差萬別的形態。其中，環形屬於比較簡單的形態。顧名思義，呈現巨大環狀的環狀星雲就是典型代表。霍格在最初發現這個奇怪星系時，認為它只是遠處發現的另一個環狀星雲。
他還提出了另一種可能性，認為這可能是由於大質量星系導致周圍時空扭曲而形成的引力透鏡影像。事實上，如果作為透鏡的天體與背景天體極其巧妙地處於近乎直線的排布上，我們就能看到背景天體的虛像將作為透鏡的天體完美地環繞起來。
但在當時的技術條件下，無法確認照片中的中心部分和外圍圓環分別距離地球有多遠，霍格關於引力透鏡的推測也僅僅停留在假設階段。事實上，考慮到真正的引力透鏡影像觀測是在1990年哈勃太空望遠鏡升空後才真正成為可能，在1950年——當時連在宇宙中部署一顆人造衛星都困難重重，更不用說太空望遠鏡——僅憑地面望遠鏡觀測就大膽推測可能觀測到了引力透鏡影像的霍格，顯得非常了不起。
此後，到了1987年，人們終於能夠更詳細地研究霍格天體。觀測內部中心部分和外圍環狀部分的光譜結果顯示，兩者表現出相同的紅移。這意味著中心部分和外圍環狀物位於同一距離，是同一個天體。如果如霍格謹慎提出的那樣，這真的是引力透鏡影像，那麼外圍的環狀部分應該呈現出模糊且破碎的樣子，因為它本應是一個距離更遠的背景星系。但從後續進行的新觀測影象來看，環狀部分也能清晰地分辨出單個恆星和星團。這證明它是位於不太遙遠距離處的星系的一部分。
霍格天體的中心呈現出特別的黃色光芒。這是因為年齡較大、溫度較低的恆星高密度地聚集在星系中心。相比之下，外圍的環則散發出藍白色的光芒。環由更晚誕生、更年輕且熾熱的恆星組成。中心的星系核和外圍的環界限分明。中間似乎幾乎是空的，什麼都沒有。正因如此，將其簡單歸類為圓盤星系或螺旋星系會感到棘手。說它是普通的圓盤星系，它的圓盤卻是空的。看起來就像有人把披薩中間的部分全吃光了，只留下了圓形的餅皮邊緣。
天文學家別無選擇，只好將霍格天體這類極少數的例外稱為“環星系”。另一個類似的代表性星系是NGC 1291。
與環星系類似，還有被稱為極環星系（polar-ring galaxy）的星系，名字雖相似，但兩者有著本質區別。極環星系的起源相對容易理解。極環星系是在兩個普通星系相互吸引、碰撞和相互作用的過程中形成的。星系碰撞的結果取決於每個星系的質量、蘊含的氣體量，以及相互碰撞的角度和速度。極環星系也是非常戲劇性的例子之一，看起來像是兩個碰撞的星系互相鑽入並貫穿對方。雖然這也很令人印象深刻，但與霍格天體顯然不同。極環星系比完美的環星系要常見得多。
那麼，這種完美的環狀星系究竟是如何存在的呢？人們可能會想到另一個樣子相似的案例——車輪星系（Cartwheel Galaxy）。在車輪星系中，也能看到中心明亮的星系核和環繞邊緣的環狀結構。
事實上，這是極端星系碰撞產生的產物。一個稍小的星系向原本呈普通圓盤狀的星系幾乎正中心鑽入併發生碰撞。那一瞬間，圓形的衝擊波向四面八方擴散，原本存在的旋臂全部被打亂。就像隕石落在月球上會形成圓形的隕石坑一樣，可以將其看作是星系版的巨大隕石坑。
不過，車輪星系也與霍格天體有著明顯的區別。仔細觀察會發現，車輪星系如其名，可以看到幾條連線星系邊緣到核心的、類似車輪輻條般的氣流。這是碰撞後受損的旋臂結構正在恢復的樣子。
與極環星系、車輪星系相比，霍格天體的星系中心部和邊緣環狀結構分離得過於乾淨利落。中間看起來真的幾乎空無一物。而且邊緣的環狀結構也完全沒有表現出不對稱或扭曲。它描繪出了一個完美而有序的環。天文學家至今還不清楚這樣的完美之環是如何在宇宙中存在的。
雖然有一些假設，其中之一是該星系中心原本存在棒狀結構，屬於棒旋星系。星系中心的棒狀結構在將星系內部的氣體物質吸入中心、改變星系內部質量分佈方面起著重要作用。即使不與周圍其他星系發生直接碰撞，擁有棒狀結構的星系內部形態也會發生更劇烈的變化。
根據假設，很久以前，透過存在於該星系中心的棒狀結構，原本存在於恆星圓盤中的大量氣體物質全部集中到了星系中心。結果，邊緣只剩下了圓形的環，中心形成了聚集著老恆星的黃色核。正如最初所說，就像中心棒狀結構把原本填滿整個星系“披薩”的餡料全吃光了，只剩下邊緣一樣！
這個假設曾經引起關注，但遺憾的是目前並未得到天文學界的廣泛認同。通常，由於星系中心棒狀結構導致形態改變，中心會留下稍微扭曲的橢圓形星系核，而不是完全圓形的核。此外，由於星系外圍環上的恆星仍在保持完美的圓軌道執行，由久遠的中心棒狀結構導致恆星和氣體物質的動力學運動發生變形而形成現今形態的假設，也失去了說服力。
也有可能原本是一個平凡的小型圓形星系，透過掠奪周圍其他星系的物質，在外圍形成了圓形環狀結構。但直徑達6萬光年的巨大霍格天體，其邊緣環蘊含的氣體物質比我們的銀河系還多。因此，很難認為如此大量的氣體物質是一次性從外部流入的。這一美麗而獨特的景象究竟是如何存在的，依然是一個有趣的謎團。
前面看到的霍格天體照片是哈勃太空望遠鏡於2001年7月9日拍攝的。仔細觀察照片，令人驚訝的是，在霍格天體巨大環的1點鐘方向，還能看到另一個相似的環狀星系偶然重疊在一起。在宇宙所有星系中估計僅佔0.1%的獨特環狀星系，竟然不是一個，而是兩個偶然在相似方向重疊在一起！這確實是驚人的巧合。近處的宇宙與更遙遠的宇宙，兩個距離完全不同的地方，巧妙地呈現出兩個霍格天體重疊的景象，這似乎展示了一個事實：即便是機率極低，在這個廣袤的宇宙中，事情終究會在某個地方發生。即便機率極低，宇宙巨大的尺度也足以抵消那份機率的渺小。
作者池雄培（Ji Ung-bae）是誰？他熱愛貓和宇宙。小時候看了《銀河鐵道999》後，立志要將宇宙的美麗傳播給大眾。目前在延世大學星系演化研究中心及近宇宙論實驗室研究透過星系相互作用產生的演化，並進行演講和寫作等多樣化的科學傳播活動。著有《썸 타는 천문대》（曖昧天文臺）、《하루 종일 우주 생각》（整天思考宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科學）等書籍。