悲剧舞蹈：宇宙中两个星系发生碰撞将会发生什么？

arp 148是两个星系碰撞之后的残留结构，它是一个环状星系和长尾星系发生碰撞的结果。

　　图中是美国宇航局观测两个星系碰撞时的美丽合成图像，该碰撞出现在触须星系之间，距离地球大约6200万光年。

　　北京时间6月5日消息，据国外媒体报道，当两个星系通过引力彼此吸引，它们是无法“看到”，却能感受到。这是一种相互的引力作用，也是不可避免，伴随着宇宙岁月变迁，星系之间逐渐地彼此接近，它们的碰撞是无法抑制。其相互引力作用是数十亿年前微小的不稳定因素产生的，星系在进化历程中，它们除了与吸引星系逐渐接近，就是不断地增大。
　　美国俄亥俄州立大学天体物理学家保罗·萨特（Paul Sutter）深度分析了星系碰撞过程，他指出，当两个星系抵达非常近的位置时，随着卷须状气体和恒星穿过它们之间稀薄介质，星系开始逐渐拥抱。之后它们将发生碰撞，这样的星系直径10万光年，内部存在数千亿颗恒星，在碰撞合并过程中，大约相当于太阳质量100万亿倍的宇宙物质发生碰撞、混合和燃烧。
　　萨特说：“星系碰撞烟花之后将残留什么呢？破损、昏暗的垂死星系将不再明亮发光、结构完整，这是一曲悲剧舞蹈，一则故事讲述了数亿年，直到近期我们才开始理解。”
　　第一次模拟实验
　　当天文学家意识到一些物质从银河系分离出来，他们观测发现一些星系看上去比正常星系更散乱，但这并不是直接观测到星系有趣的合并过程。毕竟星系合并过程需要数亿年时间完成，因此在短短几十年的观测，没有充分时间实时观察其真实状况。在相当长的一段时间里，天文学家并不知道是否星系处于活跃合并，或者是否部分星系看上去怪异和细长。
　　模拟实验最终揭晓了神秘的星系紊乱过程，但是令人惊奇的是，天文学家并不是进行数字模拟，他们的模拟实验也没有使用计算机。这项实验是在1941年进行的，当时原计算机科学家埃里克·霍尔姆伯格（Erik Holmberg）希望检测星团合并的短暂过程，但他并不是仅在实验室制造一些恒星，观察数百万年时间里它们的相互引力变化。
　　霍尔姆伯格非常聪明，他设置了几十盏灯代表一个星系，每盏灯代表着数万亿颗太阳质量的恒星、气体、灰尘，以及其它星系环境物质。之后他以每盏灯的亮度代表星系的引力强度，质量越大的星系，灯的亮度就越大。
　　霍尔姆伯格测量了每盏灯所接收的光线数量，这与来自星系其它部分的引力作用成一定比例关系，这是因为光线和引力具有相同的平方反比关系。如果它们之间的距离成倍增大，其引力强度和光线亮度将下降至最初的四分之一。之后霍尔姆伯格测量周围灯的“引力牵引”，逐个重新排列每一盏灯。
　　“潮汐尾”
　　在这个非常简单的模拟实验中，霍尔姆伯格在宇宙时间变迁中逐步测试，观察了两个星系在引力作用下混合和合并时的相互影响。同时，他观看到一个有趣的现象——当星系之间彼此接近，一个“恒星臂”延伸出来，在每个星系对面出现一个“指针”。虽然这一结果非常有趣，但是他并未更深入地计算分析。
　　直到上世纪70年代，两位兄弟阿拉尔·图姆尔和朱里·图姆尔再次评估这一问题，使用真实的计算机模拟合并星系过程，他们发现了确凿证据——当两个星系合并时，引力相互作用将产生气体和恒星构成的“潮汐尾”，这是一个较细长的绳状物质从合并过程紧密的旋臂向外延伸。他们模拟的“潮汐尾”结构看上去非常像有趣的触须星系，该实验非常清晰地表明，星系合并、碰撞和融合，伴随着这一过程，它们将逐渐地被撕碎。
　　星系“碰撞烟花”
　　萨特指出，当星系彼此接近时，引力作用足以扭曲星系外形，但是通常情况下星系主要部分是真空，与星系庞大体积相比，恒星仅是较小的斑点，当两个星系发生碰撞，你不要认为这是汽车碰撞，实际上它们更接近于两群蜜蜂混合在一起。
　　但是星系碰撞过程仍可能是一场“美丽的烟花”，星系包含着难以计算的气体和灰尘，它们漂浮在星系周围，以星云的形式存在。星云能够存在很长时间，但如果遭受“撞击”，例如：邻近超新星的冲击波，或者两个星系碰撞时产生复杂的引力作用，星云将自身崩溃，分裂和凝结成新的一批恒星。
　　当两个星系合并时，恒星形成速度是正常速度的10倍以上，在短暂的天文时间里，会有数十亿颗恒星诞生。天文学家指出，星系合并过程相对短暂，它们会比之前更加明亮。但是美丽的瞬间是需要付出代价的，如果两个星系不发生碰撞，它们将平稳地逐年制造新的恒星，慢慢消耗珍贵的气体储量，但是星系如果发生碰撞，它们的珍贵气体储量将快速消耗，数十亿颗恒星诞生，其中多数都是质量较大的，仅有少量恒星在星系合并之后消亡。
　　星系碰撞的最终结果会是怎样呢？在壮观的螺旋结构下星系结构被撕裂，简单的平盘结构扭曲形成畸形结构，大量古老和年轻恒星混合在一起，同时少量恒星会燃烧成灰烬，星系碰撞会形成不规则星系，残留一些垂死、寒冷的红矮星。（叶倾城）

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