未來銀河系大災難？仙女座星系碰撞機率下修至 50%

「用『丟銅板』來形容可能更準確。」該研究的共同作者、來自赫爾辛基大學的天文物理學家提爾．薩瓦拉（Till Sawala）說。

換句話說，銀河系未來必定面臨大規模災難的說法，如今已受到挑戰。研究團隊在6月2日出版的《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊發表論文指出：「關於我們星系即將終結的種種預言，似乎言過其實。」

無論如何，50億年後，地球將很可能被逐漸膨脹、邁向死亡的太陽灼燒並吞沒，屆時地球將已不復存在。但如果銀河系與仙女座星系最終只是擦身而過，那對未來可能存在的世界來說，無疑是個好消息。這類大規模的星系合併事件，往往會導致兩個星系中心的超大質量黑洞合併，形成一個極為活躍的天體怪獸，使得周圍氣體無法冷卻凝聚形成新恆星。一旦無法形成新恆星，宇宙也將失去孕育新行星的可能。

這種「星系擦身而過」的可能性，「某種程度上令人感到安心。」澳洲斯威本科技大學的星系天文學家艾利斯特．葛拉漢（Alister Graham）表示，他雖未參與這項研究，但認為：「想到銀河系仍有漫長且孕育新行星的未來，這讓人心安不少。」

↑↑↑↑↑這段動畫展示了我們的銀河系與仙女座星系之間的碰撞過程，最終融合成單一星系。影片中也呈現了將參與這場碰撞的三角座星系，它有可能在之後與「銀河仙女系」合併。NASA, ESA, AND F. SUMMERS (STSCI)

星系合併的混亂景象

在宇宙的各個時空中，天文學家都能見到星系合併的場面。兩個質量相當的星系融合，稱為「大規模合併」（major merger）；如果是一個大星系吞併較小星系，則稱為「小規模合併」（minor merger）。

儘管在兩個星系重力激烈交錯之際，部分恆星和它們的行星可能被撕裂、如紙片般拋向四方，但由於恆星之間的距離極為遙遠，絕大多數並不會真正發生碰撞。至於較小的星系雖可能被大型星系吞併，這個過程往往反而帶來建設性的影響。葛拉漢解釋：「小規模合併會把恆星與氣體──也就是孕育新恆星的原料──帶入主星系。新誕生恆星釋放出的恆星風，則會讓星際介質中充滿塵埃與金屬，進一步推動恆星形成的循環。」事實上，銀河系本身就留有多次星系碰撞與合併的痕跡。

「現今星系的質量中，有多達 50% 是來自過去被併吞的其他星系。」並未參與這項研究的英國曼徹斯特大學星系天文學家克里斯多福．康塞利斯（Christopher Conselice）指出。

地球上，以肉眼就能看見仙女座星系。在這張照片中，它宛如夜空中的一團光斑，正從美國加州莫諾湖（Mono Lake）的石灰華地形上方升起。Photograph by Babak Tafreshi, Nat Geo Image Collection

約 250 萬光年之遙的仙女座星系又稱 M31，是離我們最近的大型星系鄰居。Photograph by ESA/NASA/JPL-Caltech/GBT/WSRT/IRAM/C. Clark (STScI)

雖然自 20 世紀初以來，天文學家就知道仙女座星系正朝著銀河系衝撞而來，但一直不確定這場碰撞會是正面對撞，還是只是擦身而過。2012 年，一項以哈伯望遠鏡觀測數據為基礎的重要研究首次做出明確結論：根據恆星的運動與星系本身的巨大質量，這兩個星系將在 40 至 50 億年內因重力牽引而正面相撞。（儘管後續研究所推估的碰撞發生時間略有不同，但從未動搖過這場碰撞終將發生的定論。）

大約20億年後，這場劇烈的大規模合併將趨於平靜，原本宛如墨跡般盤旋的兩個螺旋星系，最終會融合成一體。「它們將會變成一個輪廓模糊的橢圓星系。」薩瓦拉說。

在夜空中，我們可以同時看見銀河系和仙女座星系：銀河系從仙后座一路延展至天鵝座，而仙女座星系則在一棵約 3000 年的刺果松上方升起。Photograph by Babak Tafreshi, Nat Geo Image Collection

惡名昭彰的大麥哲倫雲

自 2012 年以來，這種合併的結論幾乎已成為科學界的共識和教科書上的內容。「如果單看銀河系和仙女座星系，那它們確實正迎面衝向彼此。」葛拉漢說。

但未來是否真的會發生撞擊，還取決於我們「本星系群」（Local Group）其他成員的動向。這個星系群由至少 100 個星系組成，散布在我們所處宇宙的這個角落。群內的其他大型星系之後也可能透過重力牽引，影響這兩個星系的運行路徑。

薩瓦拉的研究團隊決定模擬銀河系與仙女座星系在未來 100 億年的演化過程。而這次模擬也納入了本地星系群中的幾位重要成員：特別是質量排名第三、呈螺旋狀的三角座星系（Triangulum galaxy），以及形狀不規則、繞著銀河系運轉的大麥哲倫雲（Large Magellanic Cloud，簡稱 LMC）星系。

團隊運用了哈伯望遠鏡與歐洲太空總署（European Space Agency）蓋亞（Gaia）太空望遠鏡的資料，更準確地測定了這些星系的運動軌跡與質量──包括普通物質與更為常見但無法觀測到的暗物質。

過去一直認為三角座星系的質量巨大，而大麥哲倫雲質量較小。沒想到，新數據顯示大麥哲倫雲的質量竟高達銀河系的 10% 到 20%。「這會影響銀河系在太空中的運動方式。」薩瓦拉指出。

團隊對這四個大型星系未來的運動進行了數千次模擬。結果發現：三角座星系的重力作用促使銀河系與仙女座星系更靠近，但大麥哲倫雲則產生推離效果。四者相互作用的綜合結果顯示，最終發生大規模合併的機率只有一半。

這張科學插圖描繪了 37.5 億年後地球天空的景象：仙女座星系充滿整個視野，而銀河系因仙女座星系的潮汐作用開始變形。Illustration by NASA, ESA, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), T. Hallas, and A. Mellinger

這張科學插圖描繪了 38.5 至 39 億年後地球天空的景象：此時仙女座星系正與銀河系首次近距離接觸。天空中遍布的發射星雲與年輕的疏散星團顯示有大量的恆星正在誕生。Illustration by NASA, ESA, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), T. Hallas, and A. Mellinger

星系擦身而過？

「關於銀河系與仙女座星系會在何時、如何合併，仍存在許多不確定性。」康塞利斯說。暗物質可能對它們產生重力牽引，但神秘的暗能量則會讓宇宙中的一切彼此遠離，而最近數據顯示這股力量甚至還會隨著時間變化。這讓遠未發生的銀河合併更難預測。但可以肯定的是，這場碰撞已不再是必然發生的結局。

有些天文學家曾提議，如果真的合併，可將新星系命名為「銀河仙女系」（Milkomeda）。不過這名字聽起來不太順口。薩瓦拉笑說：「別擔心，我們還有好幾十億年可以想個更好的名字。」

不論最終是否相撞，銀河系的未來仍將充滿變動。雖然大麥哲倫雲正將銀河系與仙女座星系推遠，但模擬結果也顯示，在未來 20 億年內，大麥哲倫雲會沿著螺旋軌道逐漸接近銀河系，最終被銀河系吞併。

「這基本上是 100% 會發生的，」薩瓦拉說：「這是無法逃避的命運。」

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