宇宙中兩個星系碰撞將會發生什么

悠悠

在宇宙中，兩個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，宇宙中兩個星系碰撞將會發生什么？

美國俄亥俄州立大學的天體物理學家保羅·薩特深度分析了星系碰撞的過程，指出當兩個星系抵達非常近的位置時，隨著卷須狀氣體和恒星穿過它們之間稀薄的介質，星系開始逐漸擁抱，之后發生碰撞。這樣的星系直徑在10萬光年，內部擁有數千億顆恒星，在碰撞合并過程中，大約相當于太陽質量100萬億倍的宇宙物質發生碰撞、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光、結構完整，這是一支悲情舞蹈，一則講述了數億年的故事，而我們直到近期才開始理解。”

天文學家最初意識到有一些物質從銀河系中分離出來時，他們發現一些星系看上去比正常星系更散亂，但這并不是直接觀測到星系有趣的合并過程。畢竟星系合并過程需要數億年時間完成，短短幾十年根本不可能實時觀察其真實狀況。在相當長的一段時間里，天文學家并不知道這是因為星系處于活躍的合并狀態，還是因為部分星系就是那樣怪異和細長。

模擬實驗最終揭曉了神秘的星系紊亂過程，但令人驚奇的是，這項實驗是在1941年進行的，既沒有計算機，也沒有數字模擬。埃里克·霍爾姆伯格希望檢測星團合并的短暫過程，他聰明地設置了幾十盞燈代表一個星系，每盞燈代表著數萬億顆太陽質量的恒星、氣體、灰塵，以及其他星系環境物質。之后，他以每盞燈的亮度代表星系的引力強度，質量越大的星系，燈的亮度就越大。

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

在這個非常簡單的模擬實驗中，霍爾姆伯格在宇宙時間變遷中逐步測試，觀察了兩個星系在引力作用下混合和合并時的相互影響。同時，他發現了一個有趣的現象：當星系之間彼此接近時，一個“恒星臂”延伸出來，在每個星系對面出現一個“指針”。雖然這一結果非常有趣，但他并未更深入地計算分析。

直到20世紀70年代，圖姆爾兄弟使用計算機模擬星系合并過程時，才發現了確鑿證據：當兩個星系合并時，引力相互作用將產生氣體和恒星構成的“潮汐尾”，從緊密的旋臂中向外延伸。他們模擬的“潮汐尾”的結構看上去非常像有趣的觸須星系。該實驗非常清晰地呈現了星系合并、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，當星系彼此接近時，引力作用足以扭曲星系外形。通常情況下，星系的大部分區域是真空，與星系龐大的體積相比，恒星僅是較小的斑點。當兩個星系發生碰撞時，你不要認為這與汽車碰撞相仿，實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“美麗的煙花”。星系包含著難以計算的氣體和灰塵，它們飄浮在星系周圍，以星云的形式存在。星云能夠存在很長時間， 但如果遭受“撞擊”（例如鄰近超新星的沖擊波或兩個星系碰撞時產生的復雜引力作用），星云自身將崩潰，分裂并凝結成一批新的恒星。

當兩個星系合并時，恒星形成速度是正常速度的10倍以上，在短暫的天文時間里，會有數十億顆恒星誕生。天文學家指出，星系合并過程相對短暫，在這一過程中，它們會比之前更加明亮。但是美麗的瞬間是需要付出代價的。如果兩個星系不發生碰撞，它們將平穩地逐年制造新的恒星，慢慢消耗珍貴的氣體儲量；但是如果發生碰撞，它們的珍貴氣體儲量將快速消耗，數十億顆恒星誕生，其中多數都是質量較大的。

星系碰撞的最終結果會是怎樣的呢？在壯觀的螺旋結構下，星系結構被撕裂，簡單的平盤結構扭曲形成畸形結構，大量古老和年輕的恒星混合在一起，同時少量恒星會燃燒成灰燼，形成不規則星系，殘留一些垂死、寒冷的紅矮星。