[科普中國(guó)]-星系碰撞

星系碰撞（galactic collision）并非一般意義上的碰撞，而是一種引力交互作用。星系碰撞在宇宙中相當(dāng)普遍，也是星系演化的關(guān)鍵。

理論發(fā)展星系碰撞在宇宙中相當(dāng)普遍，也是星系演化的關(guān)鍵。但星系碰撞帶來的不是只有毀滅，還有新生。

星系碰撞的一種可能的結(jié)果，就是星系的合并。當(dāng)兩個(gè)星系發(fā)生碰撞，并缺乏足夠動(dòng)能來讓自己在碰撞之后繼續(xù)旅行時(shí)，它們就會(huì)彼此“墜”向?qū)Ψ?，在無數(shù)次擦肩而過之后最終合并成一個(gè)星系。另一方面，假如參與碰撞的一個(gè)星系比另一個(gè)大得多，那么前者在碰撞后基本上能保持原樣，而后者則被撕裂，成為前者的組成部分。顯然，星系合并對(duì)原先兩個(gè)星系的形狀的影響比“大碰小”或“小碰大”要大一些。

在大多數(shù)情況下，星系碰撞不會(huì)直接發(fā)生，且只是損失一些星系外部的恒星，它們被強(qiáng)大的引力牽扯走，然后被拋擲到太空，留下星系內(nèi)部的恒星浸淫在星系間的星海里。若碰撞直接發(fā)生，結(jié)果會(huì)很戲劇化：兩個(gè)旋渦星系相撞，氣體圓盤被強(qiáng)烈的震撼力驅(qū)逐到空間里，然后合并成更大更亮的星系，即形成一個(gè)不具氣體物質(zhì)的橢圓星系。宇宙中的棒漩星系、不規(guī)則星系都是幾個(gè)星系碰撞或相互影響的產(chǎn)物。小星系呈旋渦狀逐漸墜向最大的星系，直到被大星系“吞噬”掉為止，這些大星系則變得愈來愈大，繼續(xù)吞食比它們小很多的星系。

在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一份報(bào)告指出，x形射電星系內(nèi)存在能夠突然翻轉(zhuǎn)的大質(zhì)量黑洞，這種現(xiàn)象可能是由于吸收了其他星系的黑洞而造成的。

大多數(shù)星系中都存在著特大質(zhì)量的黑洞，其質(zhì)量可達(dá)太陽質(zhì)量的數(shù)百萬或數(shù)十億倍。人們認(rèn)為其中最活躍的旋渦在吞噬氣體和恒星時(shí)，會(huì)以可怕的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。吸入的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)形成了一個(gè)向太空中強(qiáng)烈噴射能量的巨型盤狀物。調(diào)查表明，大約7%的活躍的射電星系具有x形的，或者說是翼狀的噴射流。天文學(xué)家認(rèn)為，這些特征代表著中心黑洞的運(yùn)動(dòng)，與地球自轉(zhuǎn)軸隨時(shí)間的改變而移動(dòng)的情況非常相似。

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)1980年，美國(guó)、英國(guó)、荷蘭合作發(fā)射的紅外天文衛(wèi)星首次探測(cè)到極亮紅外星系的強(qiáng)烈紅外輻射，它比銀河系的紅外輻射強(qiáng)100倍以上。天文學(xué)家估計(jì)，這些很亮的紅外光是由于星系相互碰撞時(shí)，塵埃物質(zhì)將碰撞中產(chǎn)生的新生恒星的光叢吸收并再輻射所致。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在近3年的時(shí)間里對(duì)30億光年內(nèi)的123個(gè)極亮紅外星系進(jìn)行搜索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中有30%有明顯可見的多重合并。在這些宏偉壯觀的多重碰撞中，科學(xué)家們看到了宇宙進(jìn)化順序中的最終階段——小的碎片相互結(jié)合形成更大的天體。大量物質(zhì)從星系的裂縫中出來，形成很長(zhǎng)的隊(duì)列，物質(zhì)收縮形成的多重核擠在一起，有時(shí)還可以看到星系相互結(jié)合的“巢”。這一結(jié)果表明了宇宙早期的樣子，那時(shí)的星系碰撞經(jīng)常發(fā)生，因而誕生出許多新的恒星。

1990年4月24日，發(fā)射升空的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡向地球傳送回編號(hào)為AM0644-741環(huán)狀星系的獨(dú)特照片，該星系位于南半球劍魚星座方向距銀河系約3億光年的地方。看上去像一條鉆石項(xiàng)鏈的AM0644-741星系由年輕而又非常熾熱的恒星環(huán)組成，其直徑為15萬光年。該環(huán)狀星系是由兩星系碰撞而形成的，碰撞時(shí)其中一個(gè)星系恰好從另一個(gè)星系平面中穿過。巨大無比的引力沖擊改變了星系的結(jié)構(gòu)，迫使氣團(tuán)壓縮并引起劇烈的恒星形成，大量年輕而又高溫的天體組成了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的淺藍(lán)色項(xiàng)鏈。

2004年9月，歐洲XMM-牛頓天文臺(tái)的天文學(xué)家們觀測(cè)到了有記錄以來規(guī)模最大的一次星團(tuán)碰撞。在兩個(gè)發(fā)生碰撞的星團(tuán)中，其中一個(gè)由近千個(gè)子星系組成，另外一個(gè)中也包含有約300個(gè)子星系。兩個(gè)星團(tuán)均位于長(zhǎng)蛇座，距離太陽系大約有8億光年。不過星團(tuán)間發(fā)生的碰撞可一點(diǎn)也不像公路上時(shí)常出現(xiàn)的汽車相撞事故：?jiǎn)蝹€(gè)星體在星系總質(zhì)量中所占的比重均非常微小，在發(fā)生碰撞時(shí)，它們會(huì)相互滲透、融合，并會(huì)聚成一個(gè)嶄新的較大星團(tuán)。在浩瀚的宇宙中，星系間發(fā)生碰撞的情況并不罕見，但像這次同時(shí)出現(xiàn)數(shù)百個(gè)星系相互滲透、碰撞區(qū)域綿延超過300萬光年的情況還是頭一遭。

2005年5月9日，美國(guó)航天航空局的一顆人造衛(wèi)星觀測(cè)到明顯是從遙遠(yuǎn)星系傳來的一次激烈的能量爆發(fā)，這是首次觀測(cè)到的兩顆中子星激烈的碰撞。這顆人造衛(wèi)星名叫斯威伏特，它傳來的信息很快被傳達(dá)給地面天文工作者，隨后展開了數(shù)小時(shí)緊張的分析研究工作。

中子星碰撞被用來解釋一系列令人費(fèi)解的巨型射線爆發(fā)，這些爆發(fā)被稱為伽馬射線爆發(fā)。天文學(xué)家們目前可以肯定“長(zhǎng)爆發(fā)”，即歷時(shí)幾秒到幾分鐘的伽馬射線爆發(fā)，是巨星燃盡，它們致密的核塌縮導(dǎo)致星體爆發(fā)并在形成黑洞的過程中產(chǎn)生的；而“短爆發(fā)”，即不足1秒的伽馬射線爆發(fā)，產(chǎn)生的原因始終是個(gè)謎。

2007年8月，美國(guó)天文學(xué)家宣稱，他們最近借助“斯皮策”太空望遠(yuǎn)鏡成功觀測(cè)到四個(gè)巨大的星系團(tuán)相互發(fā)生碰撞，并合并成一個(gè)人類迄今為止觀測(cè)到的最大規(guī)模的星系。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，這四顆巨大的星系至少有銀河系那么大，每個(gè)星系包含了數(shù)十億顆恒星。天文學(xué)家預(yù)測(cè)，四星系碰撞后將最終合并成一個(gè)單一的巨大星系，質(zhì)量大小約為銀河系的10倍。

此次星系碰撞星系團(tuán)，編號(hào)為CL0958+4702，距離大約50億光年。天文學(xué)家利用安裝在“斯皮策”太空望遠(yuǎn)鏡上的紅外攝譜儀，觀測(cè)到包含四個(gè)水滴形狀的橢圓星系團(tuán)發(fā)出罕見的扇形羽狀光。這四個(gè)星系中的三個(gè)有銀河系那么大，另一個(gè)大小則相當(dāng)于銀河系的三倍。在星系碰撞期間，拋射出了數(shù)十億個(gè)較老的恒星，最終將有一半的恒星重新形成一個(gè)新的星系團(tuán)。

"天線行星"碰撞

2010年8月?lián)睹咳锗]報(bào)》報(bào)道，近日美國(guó)國(guó)家航空航天局利用三臺(tái)高科技望遠(yuǎn)鏡拍攝到一張?bào)@人圖片，從圖中可看出是兩個(gè)已經(jīng)發(fā)生碰撞的巨大星系群正在逐漸相互交融，畫面磅礴壯觀。

據(jù)科學(xué)家分析，這個(gè)碰撞交融的過程持續(xù)時(shí)間已達(dá)數(shù)百萬年。這次碰撞大約發(fā)生在6200萬年以前，并且現(xiàn)在仍在進(jìn)行之中。

這兩個(gè)星系被命名為“天線銀河”，因?yàn)槠溟L(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴看起來很像天線。圖片中密集的氣體團(tuán)包含多種元素，未來將會(huì)形成新一代行星；而亮斑部分是由部分掉入黑洞的不明物質(zhì)和星群隕落的中子星造成。

新發(fā)現(xiàn)

天文學(xué)家通過高倍望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)在宇宙的深處有兩個(gè)正在相互碰撞的星系，并且通過難得可貴的“星系透鏡”(galactic lens)捕捉到了碰撞圖像1。

首席研究員雨果·梅西亞斯(Hugo Messias)在新聞發(fā)布會(huì)上解釋說：“雖然天文學(xué)家們通常使用天文望遠(yuǎn)鏡來觀察星系，但是在某些情況下，借助宇宙本身產(chǎn)生的自然透鏡能夠極大推進(jìn)我們對(duì)細(xì)節(jié)的觀察能力?！?/p>

質(zhì)量巨大物體由于引力的作用可以將身后的光線彎曲，我們將之稱為“引力透鏡效應(yīng)”。天文學(xué)家就是通過這樣的“宇宙放大鏡”來研究原本不可見的天體。但是要想利用引力透鏡效應(yīng)，充當(dāng)透鏡的天體和被觀察天體必須十分精確地在同一條直線上，而這是十分罕見的。

兩個(gè)星系碰撞發(fā)生的時(shí)間距今約有宇宙年齡的一半。利用引力透鏡效應(yīng)，ALMA(阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波天線陣)、VLA(射電望遠(yuǎn)鏡巨陣)和許多其他望遠(yuǎn)鏡都拍攝到了最佳圖片。在充當(dāng)透鏡的前景星系周圍形成一個(gè)幾乎完整的圓環(huán)，背后是宇宙深處兩個(gè)星系相互融合的圖像。這張照片結(jié)合了來自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope)以及夏威夷的凱克-II望遠(yuǎn)鏡的拍攝照片。

智利貢塞匈大學(xué)(Universidad de Concepción)和葡萄牙里斯本大學(xué)(Universidade de Lisboa)梅西亞斯說：“連成一線的機(jī)會(huì)的確非常罕見，而且往往難以確定?！蓖ㄟ^合成采用不同波長(zhǎng)的望遠(yuǎn)鏡的圖像，我們可以更加有效地尋找這種偶然情況?！?/p>

研究人員說，官方指定正在碰撞的星系為 HATLAS J142935.3-002836(或者簡(jiǎn)稱H1429-0028)，是迄今為止通過引力透鏡效應(yīng)觀察到最亮的天體。天文學(xué)家們可以將來自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、ALMA、VLA、凱克天文臺(tái)和其他望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)相結(jié)合，以產(chǎn)生更精細(xì)的圖像。

科學(xué)預(yù)測(cè)天文學(xué)家通過觀測(cè)星系的相撞，預(yù)示了人類所居住的銀河系死亡時(shí)的可能情景。距銀河系220萬光年的仙女座星系，是距我們最近的一個(gè)星系。而且是唯一可以用肉眼看到的螺旋狀星系。仙女座星系正一步一步地向我們逼近。科學(xué)家預(yù)測(cè)，銀河系將在大約30億年后同仙女座星系開始“親密接觸”，并用十億年的時(shí)間融為一體。但是我們所在的太陽系并不會(huì)受到干擾，因?yàn)榧词乖谛窍抵泻阈侵g的距離也十分遙遠(yuǎn)，并不會(huì)像我們想象中的那樣發(fā)生碰撞。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊榮佳 - 教授 - 河北大學(xué)