如果未来银河系和仙女座星系撞在一起,谁会赢?
仙女星系 ( Andromeda Galaxy ; M31 ; NGC 224 ),是位于仙女座方位拥有巨大盘状结构的 旋涡星系 ,距离地球254万光年,是距银河系最近的大星系。
仙女星系和银河系同处于本星系群,直径 22万光年, 至少是银河系的1.6倍,是本星系群中最大的星系。据斯皮策空间望远镜的观测显示,仙女座星系有将近一万亿颗恒星,数量远比银河系多。银河系的质量大约相当于仙女座星系的50%。
然而,根据目前阶段的观测与分析,银河系可能正在与仙女座星系这个距离我们最近的螺旋星系“相向而行”,预计在未来30亿-40亿年的某个时刻,银河系和仙女座星系这两个本星系群中最大的星系将“走”到一起,并带来灾难性的后果,最后并合成一个新的椭圆星系。
这一碰撞过程中,一些恒星将被“扔出”银河系,其他将被在撞击合并中形成的超大质量黑洞摧毁。当这两个星系最终变成新的一个巨大的椭圆星系时,它们各自原本的巧妙螺旋结构将遗失殆尽(关于星系的螺旋结构和椭圆结构,请参看我的另一个短文:也许银河系早已“死亡”,只是身在其中的我们还没有意识到?)。
尽管这个过程这听起来是灾难性的,异常残酷,但却是 星系进化过程中的自然组成部分 。
天文学家已经知道这次即将发生的碰撞有一段时间了。这是基于我们的星系和仙女座星系的方向和速度。但更重要的是,在浩如烟海的宇宙空间中,星系的碰撞实在是一件稀松平常的事情。
以触须星系( The Antennae galaxies )为例,其实就是两个星系正在碰撞合并的过程中呈现出的形态。 在被称为NGC 4038群的集团中总共有5个星系,而正在碰撞中的两个星系被称为触须星系,由于碰撞中产生由恒星和气体尘埃组成的形状很像昆虫的触须而得名。这两个星系因为核心的相互结合,正处在形成超星系的过程中。
星系内部通过物质间的相互引力连接在一起,围绕着一个共同的中心运行。星系之间的相互作用非常普遍,尤其是巨型星系和卫星星系之间。这通常是由于两个星系彼此漂移得太近,以至于卫星星系的引力会吸引巨型星系的主旋臂。
碰撞可能导致星系合并,如果其中一个碰撞星系比另一个大得多,它将基本上保持完整并保持其形状,而较小的星系将被“吞噬”,变成较大星系的一部分。
这种碰撞相对比较常见,科学家们普遍认为,仙女座星系过去至少与一个以上的星系发生过碰撞。而目前,几个矮星系(如人马座矮球状星系)正在与银河系发生碰撞并合并到银河系中。
其实,“碰撞”这个词有点用词不当,因为星系极其广阔,其中物质的分布极为稀薄,这意味着在这个所谓的“碰撞”过程中,恒星或行星之间的实际碰撞是极不可能发生的。
1929年,埃德温·哈勃发现了观测证据,表明遥远的星系正在远离银河系。这促使他创立了哈勃定律,该定律指出,星系的距离和速度可以通过测量其 红移 来确定——也就是说,当物体离开时,物体的光会移向光谱的红端。
然而,对来自仙女座的光进行的光谱测量表明,它的光向光谱的蓝端移动(又称 蓝移 )。这表明,与20世纪初以来观测到的大多数星系不同,仙女座星系正在向我们的银河系移动。
2012年,研究人员根据哈勃2002年至2010年追踪仙女座星系的观测数据,确定银河系和仙女座星系之间肯定会发生碰撞。根据对其蓝移的测量,估计仙女座正在以大约110公里/秒的速度接近银河系。
按照这个速度,它可能会在大约40亿年后与银河系相撞。研究还表明,三角星系M33——本星系群中第三大、最亮的星系——也将“参与”此次碰撞活动。很有可能,它最终会在围绕银河系和仙女座的轨道上运行,然后在晚些时候与新的“银仙座”椭圆星系相撞。
正如前面说的,在星系碰撞中,较大星系会完全吸收较小星系并将其“撕裂”,星系中的恒星可能会发生合并。但当星系的大小相似时——比如银河系和仙女座星系——近距离相遇会彻底摧毁两者的螺旋结构——这场相遇没有最终的赢家,两者最终会成为一个新的椭圆星系,我们姑且称之为“银仙系”,一个没有明显螺旋结构的巨大的星系。
因为星系碰撞会导致大量氢云聚集并被压缩,从而引发一系列引力崩塌,同时,也会导致星系过早老化,因为它的大部分气体都会转化为恒星。因此,这种相互作用也能触发少量新恒星的形成。
在这段疯狂的恒星形成期之后,星系仿佛耗尽了所有的力气。最年轻最热的恒星会以超新星的形式爆炸,剩下的只有更老、更冷的红星。这也是为什么巨型椭圆星系是星系碰撞的结果,有那么多古老的红星,而活跃的新恒星形成却很少。
尽管仙女座星系包含约1万亿颗恒星,银河系包含约3000亿颗恒星,但由于两颗恒星之间的距离巨大,因此在这1万3000亿恒星中,即使是两颗恒星发生碰撞的可能性也微乎其微。然而,这两个星系中心都包含超大质量黑洞,它们将在新形成的星系中心附近汇聚。
这种黑洞合并将导致轨道能量转移到恒星,在数百万年的时间里,恒星将被转移到更高的轨道。合并后的黑洞吸收的气体可能会在星系中心形成一个发光的类星体。同时,黑洞合并的影响也可能将导致某些恒星被“踢出”星系,形成超高速 流浪恒星 ,甚至会带走它们的行星。
读到这里,仰望星空,会使人的深深思索,意识会投射到更高的维度,引发沧海一粟的感慨。宇宙如此之大,星系间的相遇和碰撞也不过一件小事而已。如果银河系未来和仙女座星系相遇,会合并成新的星系,并且是发生在遥远的40亿年之后的事情了。