星系碰撞，銀河系的宿命

該圖從冥王星視角展示了正在合并的銀河-仙女座系統的一種可能。冥王星可能會與太陽系一同被拋到銀河系的外圍。 （環球科學供圖/圖）

大約50億年后，隨著太陽膨脹成為一顆半徑能夠達到地球軌道的紅巨星，我們的星系也會與最近的“大塊頭”鄰居——仙女座星系碰撞。隨著兩個星系在引力拖拽下近距離交會，兩個星系中的恒星將被剝離，繪制出壯麗的尾跡。而氣體與塵埃則被壓入彼此靠近的星系核區，徹底摧毀已經存在了四分之三宇宙年齡的宏偉漩渦結構。

最終，星系中心也會并合，氣體涌入核區中心，這一過程將引爆恒星形成，導致合并的星系中恒星形成速率比正常星系快100倍。同時，氣體也會為潛伏在兩個星系中心的超大質量黑洞提供新鮮的“燃料”。如今保持安靜的黑洞屆時會長大，同時爆發性地釋放出高能粒子和輻射，亮度很容易就會超過兩個星系中所有恒星的總和。再過1億年左右，兩個超大質量黑洞將互相繞轉不斷靠近，進而合并成為一體，向全宇宙發出強烈的引力波。

這樣的過程如今正在宇宙中各個角落發生著，且在宇宙早期更加普遍。盡管過程絢爛，但星系之間的碰撞其實并不是嚴格意義上的“碰撞”。星系內部大多是空曠的空間，像銀河系這樣的星系大約有3000億顆恒星，每兩顆之間平均距離約5光年。換句話說，雖然星系合并能釋放出巨大能量，甚至能扭轉星系的生命歷程，但在這一宏大事件中，星系中大多數恒星也只會彼此擦肩而過。

然而，星系的連環“相撞”是如此迷人，也如此重要。通過研究其他星系的合并，我們可以預見銀河系的未來，可以預言銀河系與仙女座星系合并時太陽系會發生什么。它會被恒星形成帶來的爆發吹得分崩離析，還是會被混亂的引力甩出銀河系？除此之外，研究星系合并還有助于我們了解宇宙歷史，因為在宇宙更年輕、密度更大時，星系的碰撞更為常見。

直到近期，天文學家還缺乏仔細觀測和模擬碰撞星系的工具。其中大部分的物理過程都被厚厚的星際塵埃所掩蓋，即便使用最強大的望遠鏡也難以通過可見光觀測。但是，借助現有和籌建中的全新望遠鏡，我們有機會回答關乎星系合并的一系列重大問題，例如在星系碰撞的過程中新一代的恒星是如何誕生的，以及中心黑洞的生長和最終合并所釋放的輻射如何影響合并形成的新星系。

星系連環“相撞”

近一個世紀前，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）發現，天空中許多當時被稱為“星云”的發光斑點并不在銀河系內，而是獨立的“宇宙小島”。哈勃將這些“河外星云”分為三類：球形或橢球形的（橢圓星系）；扁平的、有時甚至有棒狀結構的圓盤，還有一個中心核球的（漩渦星系，比如銀河系）；以及畸形的（不規則星系）。

實際上，一小部分不規則星系是高度扭曲的星系對，或星系群。在哈勃公布自己發現之后的幾年里，帕洛瑪天文臺的哈爾頓·阿爾普（Halton Arp）等先驅對這類“相互連接的星系”進行了詳細的研究。阿爾普在