提到「宇宙」你會想到什麼?可能大部分人首先會想到壯美和浩瀚,而很少人會知道,在壯美和浩瀚的表象之下,其實還隱藏著一個極為重要的客觀本質——「運動」和「變化」。
在大部分情況下,我們看到的宇宙似乎都是「靜止」和「平衡」的,但這其實是一種很主觀和短暫的認知,因為在足夠長的時間尺度上看,宇宙萬物生息交替此起彼伏,沒有任何一種事物能夠保持永遠的靜止。
比如在微觀世界中,質子和中子在原子核內不斷運動,電子和原子核又在原子中不斷運動,而無數的原子又在分子中不斷運動,這才構成了世間的一切。
而在肉眼可見的宏觀世界中,地球圍繞著太陽運動,太陽系圍繞著銀河系中心運動,而銀河系又圍繞著引力更強大的引力源運動,這一級一級的環環相扣,塑造出了一個又一個相對穩定的宇宙大尺度結構。
當然,就像前文所說的那樣,宇宙中沒有絕對的平衡,所有的穩定只是相對的,所以當我們聚焦到某個星系或某個天體時,就會發現在引力的作用下,它們之間相互遠離、相互接近甚至是相互碰撞,都是極為常見的事情。
銀河系和仙女座星系的史詩碰撞
比如我們所在的銀河系就將會在40多億年後,成為一起碰撞事件中的「主角」之一,而另一個主角是距離我們254萬光年的仙女座星系。
仙女座星系是銀河系附近最大的星系,它其中至少包含了10000億顆恆星,而我們所在的銀河系中僅有3000億顆恆星。
它是怎麼被發現的?
20世紀初,科學家們發現了造父變星具有一個神奇的特性,那就是它的光變周期和自身的亮度存在很強的相關性,因此通過測量光變周期就能夠知道本徵亮度,再通過亮度和距離的平方就能夠知道它的距離。因此,造父變星成為了宇宙中一把天然的標尺。
1923年,哈勃在觀測位於仙女座星系的造父變星時,意外發現它到地球的距離竟然超過了銀河系尺度,從而打破了銀河系大小等於宇宙大小的固有認知。
1929年,哈勃提出了哈勃定律,指出星系在不斷遠離我們,這意味著宇宙並不是絕對靜止的狀態,而是在不斷的膨脹。
但凡事總有例外,在實際觀測中科學家們發現,並不是所有星系都在遠離我們,比如仙女座星系不僅沒有遠離,甚至還以110千米/秒的速度向銀河系中心疾馳而來,這也就意味著二者未來可能會相撞。
最終確定會相撞
眾所周知,在同一條公路上,兩輛車相撞的機率還是挺大的,這是因為同一條公路可以看作一維空間,假如在能夠任意馳騁的大草原上,兩車相撞的機率就會變低很多,而當大草原變成上下左右都能夠觸及的三維空間,碰撞的機率就又會低非常多。
要知道,仙女座星系距離地球足足有250多萬光年,如此龐大的空間上任何一點細小偏差都會導致結果出現巨大的偏差,因此剛開始許多科學家都不認為二者會相撞,這機率實在太低了。
而真正確定他們會相撞的是天文學家羅伊蘭德·范德·馬雷爾(Roeland van der Marel)和桑姆·托尼·孫(Sangmo Tony Sohn)等人。
羅伊蘭德·范德·馬雷爾
2002~2010年間,他們利用哈勃望遠鏡進行了長時間的觀測,並且對仙女座星系不同的區域進行了更加詳細的計算,結果證明二者必然會發生碰撞,並且將相撞合併後的星系稱為「 Mikodeda」(兩個星系英文名稱的結合)。
2015年5月,《自然》雜誌刊載了他們的研究成果,並用動畫還原了這場發生在40多億年後的史詩級碰撞。
從地球上看,我們會發現仙女座星系逐漸變大,原本微弱的星光會變得越來越耀眼,之後它會和銀河系擦肩而過,然後在20億年之後再次回頭擁抱銀河系,最終融合成一個巨型橢圓星系。
需要注意的是,宇宙中並非所有的星系融合都如此的「和諧」或者說「溫和」,因為碰撞結果和兩個星系的相對速度有關,所以有時候兩個星系碰撞產生的結果不是融合,而是其中一方被徹底摧毀。
2020年5月25日,《自然-天文學》雜誌刊載了一項研究,一個來自澳大利亞的科學團隊在宇宙中發現了「星際大戰」遺蹟,該遺蹟產生於兩個星系的碰撞,其中一個被轟出了直徑約1.7萬光年巨洞,直接從圓盤狀變成了圓環狀。
這個悲慘的環狀星系編號為「R5519」,距離地球約108億光年,它是人類在宇宙中發現的第一個「碰撞環星系」。
科學家怎麼知道巨洞不是自然形成的,而是被撞出來的呢?
通常情況下,星系中的恆星分布都是有規律的,中間區域一般恆星密集,然後越往外恆星的密度就越低。
在剛開始發現「R5519」時,科學家們就注意到它的結構很奇怪,因為幾乎所有的恆星都集中在外圍區域,中間出現了一個直徑約1.7萬光年空洞。
這種極為反常的情況,讓科學家們懷疑它曾受到過某些外力影響,而在後續的觀察研究中,科學家們發現「R5519」中恆星的形成速度至少是銀河系的50倍,從而證實了這個猜想。
為什麼?
眾所周知,恆星誕生於分子雲中,是分子雲緻密區坍縮而成,而分子雲坍縮並不是它想坍縮就坍縮的,它需要藉助外力才能夠打破原先的平衡,繼而開啟坍縮的過程。簡單來說,它需要臨門一腳。就像太陽形成時,它的臨門一腳就是不遠處發生的某次超新星爆發。
「R5519」中恆星超快的形成速度,說明它曾經受到過外力影響,並且這次的外力影響還非常的大和廣。在人類能夠想到的所有宇宙事件中,只有星系之間的「大戰」才能夠造成如此大的影響。
最後,科學家們指出,「R5519」應該是遭到一個運動速度極快星系的猛烈撞擊,這次撞擊帶走了帶走了它中間區域的部分物質,這才形成了我們今天看到的特殊環狀星系。
看到了「R5519」的悲慘下場,可能很多人會因此擔心銀河系,其實這種擔心是非常多餘的,就像上文所說的那樣,它們倆的撞擊過程是很溫和的,與其說是「撞擊」,不如說是另類的融合。
在這種情況之下,對於地球、對於太陽系的影響非常有限。如果屆時人類還在銀河系中活動,可能甚至根本就感受不到這次的撞擊。