45亿年后的星系华尔兹

2021年06月24日
发现仙女座星系
20世纪初,美国天文学家亨利爱塔·勒维特利用造父变星进行天体测距。由于造父变星的光变周期(即亮度变化一周的时间)和其自身的亮度存在很强的相关性,因此通过测量光变周期就可得到其本征的亮度,再通过亮度和距离的平方反比关系求得距离,因此造父变星的这一特征成为标准烛光。
仙女座
在同一时代,美国天文学家维斯托·斯里弗通过观测天体谱线的多普勒效应发现了天体的红移现象,也就是说该天体在向远离我们的方向运动。
1923年,美国天文学家埃德温·哈勃通过观测仙女座星系中的造父变星,发现其距离远超银河系的本身尺度,这打破了当时人们普遍认为的整个宇宙只有银河系大小的观点。
哈勃空间望远镜
1929年埃德温·哈勃提出了著名的哈勃定律:由于宇宙膨胀,绝大多数星系都会远离我们(红移),而星系的退行速度与我们的距离成正比,这就意味着宇宙并非是静止的,而是在膨胀。
星系华尔兹的诞生
但在实际观测中却存在几个例外,比如仙女座星系,并不是远离我们,而是朝着银河系中心以110千米/秒的速度(扣除了太阳在银河系的旋转速度)而来,这也意味着在未来,很可能这两个星系会碰撞。而真正确定这个碰撞的是美国马里兰州巴尔的摩空间望远镜研究所的科学家罗伊兰德·范德·马雷尔和桑姆·托尼·孙等人。
银河系与仙女座星系之间预测并合的不同阶段(图片来源:NASA)
2002-2010年间,他们利用哈勃空间望远镜,通过长期的自行(和视线垂直方向的速度)观测,对仙女座星系的不同区域分别进行了细致观测和计算,结果发现这两个星系在大约40亿年后的碰撞是不可避免的,并合后的星系被称为Mikodeda或者Milkdromeda,就是银河系和仙女座星系的英文结合体。
2015年5月,《自然》杂志报道了这则新闻,并对这次碰撞进行了数值模拟,同时还利用动画给出了40亿年之后仙女座星系和银河系两个星系的首次“亲密接触”,这就像是两位舞者在华尔兹中的首次牵手。
三角座星系是本星系群的第三大漩涡星系(图片来源:Wiki)
事实上,仙女座星系现在正在经历着一场和三角座星系(M33, NGC598)的华尔兹舞蹈。2009年,加拿大赫茨伯格天体物理研究所的艾伦·W·麦康纳奇和合作者们在《自然》杂志上发表了一篇文章,介绍了计算机数值模拟的这段美妙舞蹈的过程:大约在34亿年前这两个星系就由于引力的作用发生了相互作用,并开始了一段舞蹈,8亿年后三角座星系达到了离彼此最近的距离,在9亿年前达到了最远的距离,然后回转到目前的位置。在这段美妙的华尔兹中,由于强烈的引力潮汐作用,拉扯出了大量的恒星流,弥散在仙女座星系的周围。
那么星系并合是否会造成恒星碰撞并对地球产生影响呢?
宇宙中星系合并事件比较常见
我们都知道,恒星之间的距离非常遥远。如果星系相互并合,恒星碰撞的概率是非常低的,因为星系中恒星的空间分布密度非常低。即使在恒星密度最高的银盘上,比如说距离太阳最近的恒星—比邻星—距离我们约4光年,这个尺度相当于1100千米外的一个乒乓球,这个距离远远超过了太阳本身的大小。星系并合的过程就类似于两团云雾合并成一团,而恒星之间碰撞的概率几乎为零,因此大家不用担心恒星会相撞,但是这两个巨型星系碰撞肯定会让夜空变得异常明亮。
来源:知识就是力量公众号