银河系曾与仙女座星系碰撞过？

银河系最终的命运早已确定。现离我们约有250万光年的仙女座星系正以每秒300多千米的速度标的目的银河系驶来。年夜约再过40亿年，两个星系会发生碰撞。那时，星系内很多恒星、行星和星云会被甩离原星系，而一些星云的碰撞也会催生出一批新的恒星。幸存下来的恒星、行星和星云将会构成一个更年夜的椭圆星系。

上面描述的是银河系灾难性的将来。但你想不到的是，银河系似乎在曩昔就曾与仙女座星系发生过一次碰撞。这是怎么回事呢？

奇异的矮星系分布

这个问题起首是从一个小问题起头的：环绕银河系的那些很小的星系，即矮星系，有着奇异的空间分布。

事实上，早在20宿世纪70年月，就有天文学家指出，环绕银河系的矮星系并不是随机分布的，看起来仿佛是某些工具把它们拉到特心猿意马的位置上，可能是一个更年夜的星系解体留下的碎屑流。但矮星系分布问题逐渐被人们萧瑟，因为在那时，大师一窝蜂地都去研究暗物质了。

此刻，天文学家认为，在早期宇宙中，初始的暗物质分布存在着细小的不平均性，在自身的引力感化下，暗物质在初始密度高的处所堆积，最终发生坍缩，并把四周通俗物质也卷入进去，最终形当作了扭转的盘状物质——星系。

按照上面的理论做出的计较机模拟，与天文学不雅测的成果很合适。所以我们相信，年夜大都的星系都“镶嵌”在一团暗物质晕傍边。

?但这些模拟表露出一个问题：按理说，当暗物质坍缩为一团暗物质晕时，在四周会留有一些小的暗物质碎块，这些碎块会捕捉通俗物质，最终在母星系四周形当作矮星系，这些矮星系应该是随机形当作的。但令人尴尬的是，比来所做的不雅测显示，银河系四周的矮星系并不是随机分布的：这些矮星系组成了一个环状布局，并且这个环地点的平面与银河系的盘面夹角年夜致为直角。

很多天文学家对上面的小尴尬不觉得然。也许，只是因为我们还没看到所有的矮星系罢了。可是，来自德国的天文学家还研究了银河系四周其他天体，包罗球状星团（比矮星系小的球形恒星调集）和恒星流（由浩繁恒星构成的链状布局，被认为是矮星系割裂后形当作的）。他们发现这些天体的分布也与矮星系的近似。

意想不到的碰撞

为领会释这一切，一些天文学家们提出了一个惊宿世骇俗的不雅点——这可能是星系间的碰撞发生的碎片。于是，他们进行了计较机模拟，成果表白银河系的矮星系简直有可能是因星系碰撞发生的。

不外，是谁曾在曩昔与银河系交手过？

天文学家们始终没有找到合适的候选者，直到2013年，来自法国斯特拉斯堡天文台的不雅测成果显示，仙女座星系四周的矮星系也有着近似的环状布局。仙女座星系盘上方的矮星系在远离我们，而下方的矮星系在接近我们，表白这些矮星系是处在一个扭转的环形布局中。别的，这个环形布局所处的平面与银河系的年夜致都在一个平面上。这一切似乎都在说，这两个星系曾发生过碰撞。

这怎么可能呢？即使把假心猿意马的暗物质都考虑进去，仙女座星系与银河系也没有足够的质量，或者说足够的引力，在曩昔实时拉到一路来发生一次碰撞。

所以，这是一个僵局，除非引力自己存在着问题。

点窜引力

牛顿和爱因斯坦的理论都假心猿意马，引力的强度与两个物体之间距离的平方当作反比。颠末300多年的摸索，我们发现这个理论在太阳系内简直是当作立的。但在太阳系外呢？我们从来没有在更年夜的标准下进行过测试。

其实，引力在各个处所的表示并不是一样的，这种不雅点早在上个宿世纪80年月就提出过，为的是替代暗物质模子。这种理论叫做批改牛顿动力学。

批改牛顿动力学是说引力场在相对较弱的环境下，其强度不与距离的平方当作反比，而是跟着距离的增添衰减得加倍平缓。按照这种引力理论，仙女座星系与银河系之间的引力比传统计较的要年夜得多。

2014年，一些天文学家颠末阐发发现，若是批改牛顿动力学是准确的，那么银河系和仙女座星系就有足够的引力在70亿到110亿年前，发生过一次碰撞。

尽管我们从来没有检测过引力强度在很弱的引力场下事实如何，可是很多物理学家都不喜好去点窜引力理论。别的，批改牛顿动力学不是全能的，在很多星系或星系团中，我们仍然需要有暗物质的存在，来把这些天体内的物质都聚在一路。

总之，批改牛顿动力学无法完美解决问题。

超流体暗物质

一些美国物理学家提议，还可以用“超流体暗物质”解决此问题。

超流体，是一种处在玻色-爱因斯坦凝集态的物质。玻色-爱因斯坦凝集态是一个与固体、液体和气体完全分歧的物质状况，是某些原子一旦低于特心猿意马的温度时，它们的行为如统一个单一的原子，并且内部物质流动时是没有阻力的。当温度上升时，它们很快会恢复到正常状况。

若是暗物质粒子可以进入玻色-爱因斯坦凝集态，那么就可以解决很多问题。在相对较弱的引力场下，暗物质移动迟缓，温度很低，它会进入玻色-爱因斯坦凝集态，因为行为如统一个单一的粒子，意味着其质量或能量是平均分离到它所存在的规模里，时空弯曲得会加倍平缓，发生了近似批改牛顿动力学中的引力。如许一来，银河系和仙女座星系就能有机遇在曩昔发生过一次碰撞。

那么，为什么我们没有在太阳系内察觉到这个现象？

因为我们身边有个太阳。太阳系内是一个引力场较强的处所，暗物质无法在这里进入玻色-爱因斯坦凝集态。每个银河系的恒星四周也是如许。不外，我们的星系以及所有其他的星系之间，距离很远，所以在整个银河系中，超流体暗物质仍占本家儿导地位。

此刻，这些物理学家正操纵计较机模子来研究超流体暗物质若何影响星系的碰撞，然后再去找哪些天文学不雅测可以验证此理论，以及还筹办在尝试室中寻找有哪些低温下的原子会发生近似的结果。若是有的话，也许我们可在尝试室顶用冷原子气体来模拟星系。

庞大的差距

很多科学家认为，不管是批改牛顿动力学，仍是超流体暗物质理论，这些都是不需要的，这就像用年夜炮打蚊子——年夜刀破斧地点窜理论只是为领会决矮星系分布的小问题。

一些天文学家还猜测，矮星系的分布问题，可能只是因为当前计较机的计较能力有限导致的。但模拟与实际之间的差距是很较着的。银河系矮星系组成的环形布局直径约50万光年，但厚度不跨越5万光年。可是计较机按照现有理论模拟出的环形布局，其厚度始终都年夜于100万光年。这差距太年夜了，可不是个小问题。

当然，这一切并不会影响银河系最终的命运。

当我们的星系走标的目的终结时，我们可安详地赏识星系年夜碰撞带来的庞大的“炊火表演”。不外，若是我们真的需要点窜引力或暗物质理论的话，一个可以确定的工作是，这场“炊火表演”发生的时候应该会比我们所预期的要早良多。

本文源自豪科技<百科新说> 2017年第5期杂志文章