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45億年后的災難:當銀河系仙女座發生大碰撞,地球能否幸免?

Ashin 2023/01/17

星系鄰居

宇宙就像一個洋蔥,一層一層地包裹著每一個物體。

從地球到太陽,從太陽到星系,再到銀河系、超星系團、[大尺度]結構,沒人知道再往后會不會有什麼新的內容出現。

目前所能觀察到的最大宇宙結構

不過所有的一切都受到了來自 引力的作用,在強大的引力作用面前,即使是 星系本身也不能改變。

每個星系之間相互影響,即使距離相距甚遠也能在微弱的引力作用下通過量的積累完成質的轉變。

仙女座和銀河系便是如此,兩個星系彼此間的距離只有 250萬光年,這應該是離我們最近的星系了。

大約在公元964年,波斯天文學家發現了宇宙中的仙女座,但受制于觀察條件,仙女座的樣貌被稱作「模糊的圖片」,也就是「小云」。

直到1612年, 德國天文學家西蒙·馬呂斯根據望遠鏡才對仙女座進行了早期天文描述。

盡管作為一個大型結構,仙女座想要完整發現仍然受制于當時的技術條件。

最終在 19世紀,艾薩克·羅伯茨終于拍攝到仙女座的第一張圖片,而它被普遍認為是銀河系中的一個星云。

但實際上科學界并不完全贊同這個理論, 部分人認為將其看作是獨立存在的星系

因為在18世紀就有人提出,銀河系不過是眾多星系中的一個。

新發現的這個橢圓形星云當時沒有一個完整的理論來解釋,後來越來越多的天文學家拍攝到的照片在對比中發現, 兩個地區的天體星等有著明顯差異。

1899年拍攝到的仙女座

為了支持仙女座實際上一個外部星系的說法, 赫伯·柯蒂斯決定對仙女座進行深入觀察。

經過數年的研究和分析,柯蒂斯的疑問在埃德溫·哈勃這里得到了初次解惑。

哈勃根據胡克望遠鏡拍攝到的照片進行分析后認定,仙女座是河外造父變星,最終解決了仙女座與銀河系的爭端。

根據他的理論分析表明, 仙女座的特征并不是來自銀河系內部的恒星和氣體團,而是一個完全獨立的星系,并且離銀河系非常遙遠。

夜晚觀察到的銀河系

仙女座的研究除了最早的這批天文學家的觀察外,也離不開 無線電技術和射電望遠鏡的發展

在新時代的高科技下,宇宙中的物體一覽無余。

星系融合

在這幾十年的研究中科學家不斷了解著這處 巨大的天體結構,它應該是在宇宙誕生后的100億年里由較小的原星系碰撞,以及長期的合并事件形成。

在這一時期, 仙女座的恒星形成率非常高,大約在1億年的時間里使它成為了一個發光的紅外星系。

過去 20億年中,整個仙女座圓盤的恒星形成已經減少到幾乎不活動的程度,也就是說它的形成已經 穩定下來,并且保持了今天這樣的結構。

今天拍攝到的仙女座

仙女座作為一個年輕的星系,內部有著 460個球狀星團,這點亮了仙女座的大部分地區,并且 亮度比本星系群中任何其他已知的球狀星團還要亮。

在這里面包含著 數以萬計的恒星,恒星亮度也是十分耀眼,亮度大約是銀河系中最亮的球狀星團歐米茄半人馬座的兩倍。

所以仙女座從地球上觀測也就不難被發現

但星系除了自身的運動外,它 本身并不是靜止不動的。對于星系來講,星系運動本質就是自身的演化過程。

當兩個星系發生碰撞時,便可能發生 星系合并,這是星系相互作用中表現最猛烈的一種。

仙女座內部樣子

合并過程中,每個星系中的恒星和暗物質都會受到牽連。

在合并的后期,引力勢開始變化得十分迅速,星系的形狀會發生改變,以至于恒星的軌道也會發生很大的變化,甚至會失去先前的軌道痕跡。

例如 當兩個盤狀星系發生碰撞時,它們的恒星會開始在兩個獨立盤的平面內有序旋轉。

常見的盤狀星系

在合并過程中,這種有序運動會轉化為隨機能量,由此產生的星系會由恒星主導。

合并同時還會帶來大量恒星,新的恒星會在合并過程中大量出現,每年可以達到數千個太陽質量的新恒星,這具體取決于每個星系的氣體含量,以及紅移狀態。

星系合并后期的狀態

即使是銀河系也不例外,銀河的未來以及仙女座的運動在今天已經被科學家揭示, 兩者會在45億年后發生碰撞,由此產生新的星系。

這是本地星系群中最大的兩個星系,這兩個星系發生碰撞將會帶來巨大的改變。

天文學家通過星系藍移活動確定, 仙女座星系正在以每秒110公里的速度接近銀河系

不過這樣的速度并不精準,因為橫向速度很難被精準測量出來,所以具體的撞擊時間在未來的觀察中可能會發生變化。

但值得一提的是, 星系碰撞在宇宙中并不是什麼罕見現象

「老鼠星系」的合并

從星系的存在時間來看,這種活動是遲早的事情,對于人類來講或許是漫長無止盡的等待。

但對于星系而言,這只是它們在演化過程中的一次小改變。

例如仙女座在過去就經歷過碰撞,至少有過一次。除此之外,在銀河系附近的幾個矮星系中,如人馬座dSph目前就正在向銀河系靠近。

人馬座dSph的位置

相關的研究表明,本星系群中第三大和第三亮的三角系M33星系也會參與此次碰撞事件。

它的命運可能會隨著仙女座和銀河系的合并成為兩者的一個殘骸,并成為繞行的一個星系。

總之,這在未來會變得十分熱鬧。

夜空中的三角星系

全新的開始

這時有人可能會說,45億年太久了,先不說人類還在不在, 太陽在未來的演化可能已經把地球給吞噬了。

但實際情況是,太陽系會比我們想象得更加幸運。

到那個時候, 太陽還沒能完全成為一個紅巨星,不過它會變得非常亮,并且它所散發的熱量足以烤干地球。

盡管 地球不能避免其帶來的影響,如果只是從恒星存在期限來看,至少地球是有機會看一眼未來。

雖然 仙女座和銀河系最終的碰撞如今已成為事實,但兩者相撞并不會出現特別夸張的爆炸效果。

其實從 星系密度來看,仙女座大概包含了1萬億的恒星,而銀河系只有3000億。

恒星之間發生碰撞的幾率很小

考慮到恒星與恒星之間的密度是如此之大, 即使兩個恒星發生了碰撞也可以忽略不計

如果把太陽比作一個乒乓球大小的球體,那麼離它較近的比鄰星則是1100公里外的一顆豌豆。

試想一下這樣的碰撞幾率會有多大?

除此之外,銀河系和仙女座 星系中央都有一個 超大質量的黑洞。黑洞由此帶來的影響就相當于催化劑,當這兩個黑洞彼此間的距離在不到1光年的時候,它們便會發射出強烈的引力波,這會帶來更多的軌道能量直到它們完全合并。

重新組合后的黑洞所吸收的氣體能夠產生一個發光的類星體或者活躍的星系核,這相當于釋放1億次超新星爆炸的能量。或許這些從整體來看太過巨觀,不如說說近一點的,我們的太陽系最終命運會是什麼樣子呢?

銀河系中央的超大黑洞

根據目前的計算, 在預測中的星系合并事件中,太陽系被橫掃到星系核心的距離是當前距離的3倍,這種可能性為 50%。另外還有 12%的可能性是太陽系在融合的某個期間被彈射出去,不過這 對太陽系的影響不大,因為恒星的天體結構沒有發生改變,整體運作并不會受到什麼影響。

隨著時間的步步逼近,20億年后的天空會明顯地看見仙女座向我們走來。37億年后,仙女座幾乎會占據整個夜空,由于引力作用,銀河系開始發生彎曲,夜空中的銀河也不再筆直。

或許是宇宙中最絢麗的煙火

最終,在強大的引力作用下,宇宙中最絢麗的煙花秀在此上演。而在接下來的幾百萬年中,這場表演會一直持續到合并結束。

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