星系碰撞银河系的宿命

星系碰撞银河系的宿命

该图从冥王星视角展示了正在合并的银河-仙女座系统的一种可能。冥王星可能会与太阳系一同被抛到银河系的外围。

大约50亿年后,随着太阳膨胀成为一颗半径能够达到地球轨道的红巨星,我们的星系也会与最近的“大块头”邻居——仙女座星系碰撞。随着两个星系在引力拖拽下近距离交会,两个星系中的恒星将被剥离,绘制出壮丽的尾迹。而气体与尘埃则被压入彼此靠近的星系核区,彻底摧毁已经存在了四分之三宇宙年龄的宏伟漩涡结构。

最终,星系中心也会并合,气体涌入核区中心,这一过程将引爆恒星形成,导致合并的星系中恒星形成速率比正常星系快100倍。同时,气体也会为潜伏在两个星系中心的超大质量黑洞提供新鲜的“燃料”。如今保持安静的黑洞届时会长大,同时爆发性地释放出高能粒子和辐射,亮度很容易就会超过两个星系中所有恒星的总和。再过1亿年左右,两个超大质量黑洞将互相绕转不断靠近,进而合并成为一体,向全宇宙发出强烈的引力波。

这样的过程如今正在宇宙中各个角落发生着,且在宇宙早期更加普遍。尽管过程绚烂,但星系之间的碰撞其实并不是严格意义上的“碰撞”。星系内部大多是空旷的空间,像银河系这样的星系大约有3000亿颗恒星,每两颗之间平均距离约5光年。换句话说,虽然星系合并能释放出巨大能量,甚至能扭转星系的生命历程,但在这一宏大事件中,星系中大多数恒星也只会彼此擦肩而过。

然而,星系的连环“相撞”是如此迷人,也如此重要。通过研究其他星系的合并,我们可以预见银河系的未来,可以预言银河系与仙女座星系合并时太阳系会发生什么。它会被恒星形成带来的爆发吹得分崩离析,还是会被混乱的引力甩出银河系?除此之外,研究星系合并还有助于我们了解宇宙历史,因为在宇宙更年轻、密度更大时,星系的碰撞更为常见。

直到近期,天文学家还缺乏仔细观测和模拟碰撞星系的工具。其中大部分的物理过程都被厚厚的星际尘埃所掩盖,即便使用最强大的望远镜也难以通过可见光观测。但是,借助现有和筹建中的全新望远镜,我们有机会回答关乎星系合并的一系列重大问题,例如在星系碰撞的过程中新一代的恒星是如何诞生的,以及中心黑洞的生长和最终合并所释放的辐射如何影响合并形成的新星系。

近一个世纪前,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,天空中许多当时被称为“星云”的发光斑点并不在银河系内,而是独立的“宇宙小岛”。哈勃将这些“河外星云”分为三类:球形或椭球形的(椭圆星系);扁平的、有时甚至有棒状结构的圆盘,还有一个中心核球的(漩涡星系,比如银河系);以及畸形的(不规则星系)。

实际上,一小部分不规则星系是高度扭曲的星系对,或星系群。在哈勃公布自己发现之后的几年里,帕洛玛天文台的哈尔顿·阿尔普(Halton Arp)等先驱对这类“相互连接的星系”进行了详细的研究。阿尔普在

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