宇宙仍在膨脹 星系為何合并？

梁曉鵬

觀望我們星系之外的宇宙，不難發現銀河系并不孤獨；非但如此，而且可以說它是茫茫宇宙這個滄海中之一粟。宇宙中星系的分布既不均勻，也不隨意，而是聚集在一起，形成一個個群體。

在我們這個小小的角落，有一個群體，里面主要有仙女座和銀河系，還有4 0多個小星系和幾千個球狀星團簇擁在一起。幾十億年以后，在未來的某個時間點上，我們的星系最終將與仙女座合并；之后再過幾

百億年，堅持到最后的一些星系也將被吞食。最終的結局就是：現今所有這些簇擁在一起的星團成為一個橢圓形的巨大星系。

太空的其他地方也會有各自的未來命運：我們的近鄰M8 1星系團將形成自己巨大的橢圓形星系，質量大約等于1萬億個太陽；而包含1 0 0 0多個大星系的較遠的處女座星系團最終會形成一個巨大的橢圓形星系，其質量則是我們太陽的千萬億倍以上。

然而，這些星系團中最大的，通常是由小星系團或個別星系精致地連接到一起的，它們之間還是有巨大的空隙，不會合并成為比這個更大的超巨結構。

為什么不會呢？像M8 1星系團這樣的相對較近的群體，距離我們大約只有1 . 1千萬光年，為什么不會與我們合并呢？像處女座星系團，距離我們5千萬至6千萬光年，為什么最終不會吞并我們呢？宇宙中那些更加巨大的星系團和超級星團為什么不會合并呢？

在宇宙中，四大基本力當中的引力是最弱的，但是它總是那么具有吸引力。宇宙中大約有1 08 0個質子（暫且不說暗物質），難道引力最終不會使所有這些物質向彼此加速靠近么？

信不信不由你，答案是否定的。要想真正理解為什么，我們得一路回到宇宙大爆炸！現今的宇宙圖像中，星系間有數百萬光年的間隔，整體是一個復雜的網狀結構。可是我們得明白，它不總是這個樣子。與現在相比，原來宇宙的一致性更強，團狀結構較少，密度更大，溫度更高，而且膨脹的速度更快！

這一點很容易被忘記，可是如果我們回到1 3 8億年前，會發現當時宇宙中還根本沒有恒星或星系，只是充滿了物質和輻射，正在迅速膨脹。如果按照大爆炸理論所說的那樣，宇宙中充滿了物質和能量而且開始膨脹，那么就可以想象，會有兩種不同的東西廝打起來：一方面是初始的膨脹使所有的物質和輻射相互離去，就像烤爐中面包里的葡萄干那樣；而另一方面，有引力，物質和輻射以及具有能量的任何成分之間相互吸引。在這種加速分離與相互吸引的宇宙大戰中，誰將取得勝利？不管你相信與否，在不同的平面，兩者都會贏，而且兩者也都會輸。

最初，在空間中，有些區域的密度會稍稍大一點，因此，由于引力的性質，這些區域會吸引越來越多的物質，隨著時間的推移，恒星、星系以及星系團會形成，而且會從鄰近的低密度區域“偷竊”物質和能量。

小規模的高密度區域會在千萬年里形成恒星，而密度較小的大的區域會花費更長的時間。如果暫時撇開膨脹不管，只看密度，那么隨著時光的流逝，就會形成一個網狀的結構。在較小的規模中，有些地方引力會占上風，戰勝初始的膨脹，形成星系、星系群和星系團，有些這樣的星系群體的質量有銀河系的好幾千倍。可是在更大范圍中，卻沒有足夠大的密度以戰勝宇宙的膨脹，尤其是在考慮到暗能量的時候。宇宙中發現了暗能量，這說明無論是什么結構，只要現在還沒有被引力捆綁到一起，那么它永遠也不會到一起，而只能繼續遠離。所以，引力在一個區域獲勝并不意味著一切已經合并到一起，而且到達最終狀態！

在我們這片宇宙空間，仍然有幾十個星系由于引力而捆綁在一起。它們仍然是各自的星系，一直持續到相互碰撞并最終合并。像處女座這樣的較大較散的結構，其中所有的星系合并大約需要4 0 0億年，是

如今這個宇宙年齡的幾倍。再往更遠處望去，我們就會在時間上越來越遠地回到過去，看到宇宙小時候經常發生的那些合并。

宇宙仍然在膨脹，這一點兒也不假。如果理解了我們的宇宙，包括正常的物質、暗物質和暗能量，我們就能極其精確地知道哪些結構捆綁在一起，而哪些不是。但這并不意味著合并已經完成。根據這些因引

力而捆綁在一起的結構的質量分布，合并仍然會發生幾十億年，更大的合并甚至可能需要數百億年。

在較小規模上，引力會占上風，而在較大規模上，膨脹會獲勝。所有一切的遙遠的未來命運都將是分散的塊狀物質，局部引力強大，其他一切會隨著宇宙毫不留情的膨脹永遠離去。但是合并的過程不是轉瞬

即逝的，它的完成需要時間，而我們宇宙誕生的時間還不夠長久。舉目四望，到處都能看到正在發生的星系合并，還有許多星系也將在不遠的將來發生合并！endprint