宇宙中兩個(gè)星系碰撞將會(huì)發(fā)生什么

悠悠

在宇宙中，兩個(gè)星系通過引力彼此吸引是不可避免的，隨著歲月變遷，星系之間逐漸接近，它們之間的碰撞也是無法抑制的。那么，宇宙中兩個(gè)星系碰撞將會(huì)發(fā)生什么？

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的天體物理學(xué)家保羅·薩特深度分析了星系碰撞的過程，指出當(dāng)兩個(gè)星系抵達(dá)非常近的位置時(shí)，隨著卷須狀氣體和恒星穿過它們之間稀薄的介質(zhì)，星系開始逐漸擁抱，之后發(fā)生碰撞。這樣的星系直徑在10萬光年，內(nèi)部擁有數(shù)千億顆恒星，在碰撞合并過程中，大約相當(dāng)于太陽質(zhì)量100萬億倍的宇宙物質(zhì)發(fā)生碰撞、混合和燃燒。

薩特說：“星系碰撞煙花之后將殘留什么呢？破損、昏暗的垂死星系將不再明亮發(fā)光、結(jié)構(gòu)完整，這是一支悲情舞蹈，一則講述了數(shù)億年的故事，而我們直到近期才開始理解。”

天文學(xué)家最初意識(shí)到有一些物質(zhì)從銀河系中分離出來時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)一些星系看上去比正常星系更散亂，但這并不是直接觀測(cè)到星系有趣的合并過程。畢竟星系合并過程需要數(shù)億年時(shí)間完成，短短幾十年根本不可能實(shí)時(shí)觀察其真實(shí)狀況。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，天文學(xué)家并不知道這是因?yàn)樾窍堤幱诨钴S的合并狀態(tài)，還是因?yàn)椴糠中窍稻褪悄菢庸之惡图?xì)長(zhǎng)。

模擬實(shí)驗(yàn)最終揭曉了神秘的星系紊亂過程，但令人驚奇的是，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是在1941年進(jìn)行的，既沒有計(jì)算機(jī)，也沒有數(shù)字模擬。埃里克·霍爾姆伯格希望檢測(cè)星團(tuán)合并的短暫過程，他聰明地設(shè)置了幾十盞燈代表一個(gè)星系，每盞燈代表著數(shù)萬億顆太陽質(zhì)量的恒星、氣體、灰塵，以及其他星系環(huán)境物質(zhì)。之后，他以每盞燈的亮度代表星系的引力強(qiáng)度，質(zhì)量越大的星系，燈的亮度就越大。

霍爾姆伯格測(cè)量了每盞燈接收到的光線數(shù)量，這與來自星系其他部分的引力作用成一定比例關(guān)系，這是因?yàn)楣饩€和引力具有相同的平方反比關(guān)系。如果它們之間的距離成倍增大，其引力強(qiáng)度和光線亮度將下降至最初的1/4。之后，霍爾姆伯格測(cè)量了周圍燈的“引力牽引”，逐個(gè)重新排列每一盞燈。

在這個(gè)非常簡(jiǎn)單的模擬實(shí)驗(yàn)中，霍爾姆伯格在宇宙時(shí)間變遷中逐步測(cè)試，觀察了兩個(gè)星系在引力作用下混合和合并時(shí)的相互影響。同時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：當(dāng)星系之間彼此接近時(shí)，一個(gè)“恒星臂”延伸出來，在每個(gè)星系對(duì)面出現(xiàn)一個(gè)“指針”。雖然這一結(jié)果非常有趣，但他并未更深入地計(jì)算分析。

直到20世紀(jì)70年代，圖姆爾兄弟使用計(jì)算機(jī)模擬星系合并過程時(shí)，才發(fā)現(xiàn)了確鑿證據(jù)：當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，引力相互作用將產(chǎn)生氣體和恒星構(gòu)成的“潮汐尾”，從緊密的旋臂中向外延伸。他們模擬的“潮汐尾”的結(jié)構(gòu)看上去非常像有趣的觸須星系。該實(shí)驗(yàn)非常清晰地呈現(xiàn)了星系合并、碰撞和融合的過程，伴隨著這一過程，它們將逐漸被撕碎。

薩特指出，當(dāng)星系彼此接近時(shí)，引力作用足以扭曲星系外形。通常情況下，星系的大部分區(qū)域是真空，與星系龐大的體積相比，恒星僅是較小的斑點(diǎn)。當(dāng)兩個(gè)星系發(fā)生碰撞時(shí)，你不要認(rèn)為這與汽車碰撞相仿，實(shí)際上這一過程更接近于兩群蜜蜂混合在一起。

但是星系碰撞過程仍可能是一場(chǎng)“美麗的煙花”。星系包含著難以計(jì)算的氣體和灰塵，它們飄浮在星系周圍，以星云的形式存在。星云能夠存在很長(zhǎng)時(shí)間， 但如果遭受“撞擊”（例如鄰近超新星的沖擊波或兩個(gè)星系碰撞時(shí)產(chǎn)生的復(fù)雜引力作用），星云自身將崩潰，分裂并凝結(jié)成一批新的恒星。

當(dāng)兩個(gè)星系合并時(shí)，恒星形成速度是正常速度的10倍以上，在短暫的天文時(shí)間里，會(huì)有數(shù)十億顆恒星誕生。天文學(xué)家指出，星系合并過程相對(duì)短暫，在這一過程中，它們會(huì)比之前更加明亮。但是美麗的瞬間是需要付出代價(jià)的。如果兩個(gè)星系不發(fā)生碰撞，它們將平穩(wěn)地逐年制造新的恒星，慢慢消耗珍貴的氣體儲(chǔ)量；但是如果發(fā)生碰撞，它們的珍貴氣體儲(chǔ)量將快速消耗，數(shù)十億顆恒星誕生，其中多數(shù)都是質(zhì)量較大的。

星系碰撞的最終結(jié)果會(huì)是怎樣的呢？在壯觀的螺旋結(jié)構(gòu)下，星系結(jié)構(gòu)被撕裂，簡(jiǎn)單的平盤結(jié)構(gòu)扭曲形成畸形結(jié)構(gòu)，大量古老和年輕的恒星混合在一起，同時(shí)少量恒星會(huì)燃燒成灰燼，形成不規(guī)則星系，殘留一些垂死、寒冷的紅矮星。