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哈勃发现星系都在相互远离,但为何仙女座星系未来会撞向银河系?

你可能不信,在天空中有一个星系正极速向我们靠近,未来将会于银河系发生碰撞,然后融合成一个更大的新星系,它就是仙女座星系。

你可能不信,在天空中有一个星系正极速向我们靠近,未来将会于银河系发生碰撞,然后融合成一个更大的新星系,它就是仙女座星系。

之前我们曾讲过,埃德温哈勃在观测星系遥远星系发现,星系正在离我们远去,证实了宇宙在膨胀。于是有粉丝评论说,既然星系都在远离我们,为何仙女座星系反而以极快的速度向我们靠近,这不是相矛盾吗,那么究竟是怎么回事?

仙女座星系是典型的棒旋星系,与银河系结构相似但规模更大。直径约22万光年,恒星数量至少在一万亿颗,远超银河系数倍,而要理解仙女座星系的“反常”行为,首先需回顾哈勃是如何发现星系在远离我们的。

1929年,哈勃使用胡克望远镜分析遥远星系的光谱,发现宇宙中大部分星系都呈现出红移现象,所谓的红移现象和声音的多普勒效应类似,只是光的多普勒效应是通过颜色来表现的,如果天体远离观测者,光波被拉长,波长向红色端移动。如果天体靠近,光波被压缩,波长向蓝色端移动。也就是说星系在不断远离。

但仙女座星系不同,天文学家观测发现,仙女座星系的光谱呈现出蓝移现象,代表它在靠近我们。后续观测精确测定其速度为每秒约200公里。这与宇宙整体膨胀的趋势相反,这究竟为何呢?

其实哈勃不仅发现大部分星系远离我们外,它还发现星系的退行速度和距离成正比。这就是著名的“哈勃勒梅特定律。其中v是退行速度,d是星系距离,H是哈勃常数,在2013年普朗克卫星测出的哈勃常数约为67千米每秒每百万秒差距。即每百万秒差距退行速度就会增加67km/s。 例如,一个距我们100个百万秒差距的星系,退行速度约为7000千米每秒,这里的一个百万秒差距约为326万光年,哈勃定律的线性关系表明,膨胀是均匀、各向同性的,没有中心。从任何星系看,其他星系都在远离。

而仙女座星系作为银河系最近的大型邻居,距离我们只有254万光年左右,因此我们将仙女座星系的距离乘以哈勃常数就能够得知,它和银河系之间的退行速度,大约为53公里每秒,但他们之间的引力拉近速度。则为170公里每秒,因此宇宙膨胀带来的速度不足以克服引力效应,这才导致仙女座星系出现蓝移现象,正极速靠近银河系。

天文学家根据蓝移现象测出,仙女座星系目前以每秒120千米的速度向银河系靠近,预计在约38亿年后与银河系发生碰撞,届时天空中将上演一场壮观的宇宙之舞,大约在约20-30亿年后,仙女座星系和银河系的引力开始相互拉扯,轨道逐渐靠近。

约38亿年后,两个星系的外围开始重叠。引力扰动使旋臂变形,气体云被压缩,引发大规模恒星形成,亮度骤增。在38亿-60亿年后,银河系和仙女座星系经过多次交错,两者逐渐合并。恒星轨道被重塑,气体云碰撞形成新恒星。

尽管星系碰撞听起来剧烈,但实际上恒星之间发生碰撞的概率极低。因为银河系和仙女座星系的恒星间距平均为4-5光年,而恒星直径仅数百万公里。这意味着星系碰撞更像是两群稀疏的蜜蜂交融,恒星只会改变轨道,最终融合形成一个更大的椭圆星系、