Galactic Futures: Milkomeda and Beyond

银河未来：Milkomeda 及其他

预测银河系与仙女座星系的合并，以及膨胀宇宙中星系的长期命运

星系在宇宙时间中不断演化，通过合并聚集，由于内部过程而逐渐变化，有时不可避免地与邻近星系发生相互作用。我们自己的 银河系 也不例外：它在 本地组 星系，观测证据证实它正与其最大的伴星发生碰撞， 仙女座星系（M31）。这场盛大的合并通常被称为“米尔科梅达”将深刻地重塑数十亿年后局部宇宙的面貌。但即使在这一事件之后，宇宙的加速膨胀也为星系孤立及其最终命运的更深远故事奠定了基础。在本文中，我们将深入探讨银河系和仙女座星系合并的原因和方式、两个星系可能出现的结果，以及在不断膨胀的宇宙中，星系更广泛的长期命运。

1. 即将合并的银河系和仙女座星系

1.1 碰撞过程的证据

精确测量 仙女座的 相对于银河系的运动表明 蓝移—以大约 110 的速度向我们移动 公里/秒。早期的径向速度研究暗示未来会发生碰撞，但横向速度几十年来一直不确定。数据来自 哈勃太空望远镜 观察和后来的改进（包括 盖亚 太空天文台的见解）已经确定了仙女座星系的自行，证实它大约在 40亿至50亿年 [1,2]。

1.2 本地组上下文

仙女座星系（M31）和银河系是宇宙中最大的两个星系 本地组，一个大约300万光年的小型星系群。我们的邻居， 三角座星系（M33），在仙女座星系附近运行，也可能在最终的碰撞中被卷走。较小的矮星系（e.g.、麦哲伦星云、各种矮星）散布在本星系群的边缘，也可能经历潮汐扭曲或成为合并系统的卫星。

1.3 时间尺度和碰撞动力学

模拟显示，仙女座星系和银河系的首次穿越将发生在 4–5 十亿年，可能导致最终 聚结 大约 6-7 十亿年后。在这些段落中：

  • 潮汐力 将会拉伸气体和恒星盘，可能形成潮汐尾或环状结构。
  • 恒星形成 可能会在重叠的气体区域中短暂增强。
  • 黑洞喂养 如果气体被驱向内部，核区域的辐射可能会加剧。

最终，两人有望达成 大块椭圆形或透镜状 型星系，有时被称为“米尔科梅达”，这是由于恒星含量的综合作用造成的 [3]。

2. Milkomeda合并的可能结果

2.1 椭圆形或巨型球状遗迹

大型合并——尤其是在质量相当的螺旋星系之间——通常会破坏盘状结构，导致 压力支持 椭圆星系典型的球体。Milkomeda 的最终形状可能取决于：

  • 轨道几何：如果相遇是中心且对称的，则可能会形成经典的椭圆形。
  • 残留气体：如果有足够的气体未被消耗或未被剥离​​，合并后更像透镜状（S0）的残余物可能会形成一个小的圆盘或环。
  • 暗晕团：银河系和仙女座星系的总晕形成了引力环境，影响恒星的重新分布。

高气体含量螺旋的模拟显示碰撞期间会出现星暴事件，但在 4-5 十亿年后，银河系的气体储量将低于现在，因此虽然可能会引发一些恒星形成，但可能不会像高红移富含气体的合并那样强烈[4]。

2.2 中心超大质量黑洞相互作用

银河系中心的黑洞（人马座 一个*) 和仙女座更大的黑洞最终可能会通过螺旋线一起旋转 动摩擦。这种黑洞合并可能在最终阶段释放出强大的引力波（尽管与质量更大或距离更远的事件相比，其振幅相对较低）。合并后的超大质量黑洞可能位于椭圆形遗迹的中心附近，如果有足够多的气体向内汇聚，它可能会像活动星系核一样闪耀。

2.3 太阳系的命运

碰撞发生时， 太阳 其年龄将与宇宙现在大致相同，接近氢燃烧阶段的尾声。预计太阳光度将会上升，无论是否发生星系合并，地球都可能变得不再适宜居住。从动力学角度来看，太阳系可能会继续围绕新星系中心运行，或者轻微的轨道扰动可能会使其进一步偏离星系晕，但它不太可能被黑洞物理抛出或吞噬[5]。

3. 其他本星系群和卫星矮星

3.1 三角座星系（M33）

M33是本星系群第三大螺旋星系，绕仙女座星系运行，可能会被卷入合并过程。根据轨道的具体情况，M33可能会在不久后与仙女座-银河系残骸合并，或者被潮汐力扰乱。观测表明，M33的气体含量相对较高，因此如果它合并，可能会为新形成的椭圆星系系统带来一次后期恒星形成爆发。

3.2 矮卫星相互作用

本星系群包含数十个矮星系（e.g., 麦哲伦星云, 人马座矮星, LGS 3等）。其中一些可能会与正在合并的米尔科梅达星系相撞或被吞噬。数十亿年来，与矮星系反复发生的小型合并可能会进一步吸积恒星晕，使最终形成的系统更加厚重。这些事件凸显了即使在大型螺旋星系合并后，分级组装仍会持续进行。

4. 长期宇宙学展望

4.1 加速膨胀和星系孤立

除了 Milkomeda 的形成时间之外， 加速扩张 宇宙（由暗能量驱动）意味着尚未被引力束缚的星系将 退却 超出探测范围。数百亿年后，只有本星系群（或其残余部分）在引力作用下保持完整，而更遥远的星系团则以比光速更快的速度远离。最终，Milkomeda 和任何被捕获的卫星将形成一个“岛屿宇宙”，与其他簇隔离[6]。

4.2 恒星形成衰竭

随着宇宙时间的推移，气体供应变得有限。合并和反馈作用会加热或排出剩余的气体，并且在晚期，来自宇宙丝状体的新鲜气体下落会减少。数千亿年后，恒星形成率降至接近零，留下的主要是更古老、更红的恒星残骸。最终的椭圆星系可能会逐渐暗淡，只剩下暗红色的恒星、白矮星、中子星和黑洞。

4.3 黑洞主导和恒星残余

数万亿年后，米尔科梅达星系中剩余的恒星或恒星残骸都会逐渐消逝或被弹射出去。黑暗未来中最大的结构可能是黑洞（中心的超大质量黑洞及其恒星质量的残余）和稀薄的晕物质。霍金辐射在令人难以置信的漫长时间尺度上甚至可能蒸发掉黑洞，尽管这远远超出了正常的天体物理时代[9, 10]。

5.观察与理论见解

5.1 追踪仙女座星系的运动

哈勃太空望远镜 详细测量了仙女座星系的速度矢量，确认了其碰撞路径具有最小的切向偏移。来自 盖亚 细化仙女座星系和M33的轨道，阐明接近几何结构[7]。未来的空间天体测量任务可能会进一步细化碰撞时间的预测。

5.2 本星系群的 N 体模拟

美国宇航局的模拟 戈达德太空飞行中心 其他人则表明，在第一次尝试后约 4-5 盖尔星系、银河系和仙女座星系可能会多次穿越，最终在未来几亿年内合并，形成一个巨大的类椭圆星系。这些模型还追踪了M33的相互作用、残留的潮汐碎片，以及合并中心潜在的核恒星形成爆发[8]。

5.3 本星系群外星团的命运

随着宇宙加速膨胀， 本超星系团 与我们分离——遥远的星系团在数百亿年的时间里逐渐超出我们的观测视界。对高红移超新星的观测表明，暗能量主导着宇宙膨胀，这意味着膨胀速度会不断加快。因此，即使本地星系合并，宇宙网的其余部分也会碎裂成孤立的“岛宇宙”。

6. 超越米尔科梅达：终极宇宙时间尺度

6.1 宇宙简并期

恒星形成停止后，星系（或合并系统）将逐渐演变成“堕落时代” 宇宙中恒星残骸（白矮星、中子星、黑洞）占主导地位。棕矮星或恒星残骸偶尔发生的随机碰撞可能会引发低级恒星形成或光度闪烁，但平均而言，宇宙会显著变暗。

6.2 潜在的黑洞主导地位

只要有足够的时间（数千亿年到数万亿年），引力碰撞就能将许多恒星从合并星系的晕中抛射出去。与此同时，超大质量黑洞仍位于星系中心。最终，黑洞可能成为这片荒芜宇宙空间中唯一的主要引力源。霍金辐射在令人难以置信的漫长时间尺度上甚至可能蒸发掉黑洞，尽管这远远超出了正常的天体物理时代[9, 10]。

6.3 本族群的遗产

到了“黑暗时代”，米尔科梅达很可能是一个单一的、巨大的椭圆形结构，包含银河系、仙女座星系、M33星系和矮星系的恒星残骸。如果外部星系/星系团超出了我们的视界，那么在当地留下的就只有这个合并的岛屿，慢慢地消失在宇宙的夜幕中。

7. 结论

这 银河系 和 仙女座 正走在通往宇宙统一的必经之路上， 重大星系合并 这将重塑本星系群的核心。大约 40亿至50亿年，两个螺旋将开始一场潮汐扭曲、星爆和黑洞燃料之舞，最终形成一个 大质量椭圆星系—“Milkomeda。” 像 M33 这样的小星系可能会加入合并，而矮星系则会被潮汐吞噬或合并。

放眼更远的未来，宇宙加速将这个残余物与其他结构隔离开来，开启了一个 银河孤独，恒星形成最终在此逐渐停止。数百亿到数千亿年后，宇宙的最后阶段将逐渐展开——恒星消亡，黑洞占据主导地位，曾经绚丽多彩的宇宙织锦化为一片漆黑，物质沉寂。然而，在接下来的数十亿年里，我们所在的宇宙角落依然充满活力，即将到来的仙女座星系碰撞将为本星系群带来星系聚合的最后盛宴。

参考文献及延伸阅读

  1. 范德马雷尔，RP，等人。 （2012）。 M31 速度矢量。III. 未来银河系-M31-M33 的轨道演化、合并和太阳的命运。 《天体物理学杂志》， 753，9.
  2. 范德马雷尔，RP， & Guhathakurta，P.（2008）。 “从卫星运动学角度计算 M31 横向速度和本星系群质量。” 《天体物理学杂志》， 678，187–199。
  3. 考克斯，TJ， & Loeb，A.（2008）。 “银河系与仙女座星系的碰撞。” 皇家天文学会月刊， 386，461–474。
  4. Hopkins, PF 等人（2008 年）。 “星暴、类星体和椭球体起源的统一的、由合并驱动的模型。” 天体物理学杂志增刊系列， 175，356–389。
  5. 萨克曼，I.-J.， & Boothroyd，AI（2003）。 “我们的太阳。III。现在和未来。” 《天体物理学杂志》， 583，1024–1039。
  6. Riess, AG 等人（1998 年）。 “超新星观测到的加速宇宙和宇宙常数的证据。” 《天文学杂志》， 116，1009–1038。
  7. 盖亚合作组织（2018 年）。 “盖亚数据发布 2。观测赫罗图。” 天文学 &天体物理学， 616，A1。
  8. Kallivayalil，N.，等人。 （2013）。 第三纪麦哲伦星云自行。III. 麦哲伦星云的运动历史和麦哲伦流的命运。 《天体物理学杂志》， 764，161。
  9. 亚当斯足球俱乐部， & Laughlin，G.（1997）。 “垂死的宇宙：天体物理物体的长期命运和演化。” 现代物理学评论， 69，337–372。
  10. 霍金，SW（1975）。 “黑洞产生的粒子。” 数学物理通讯， 43，199–220。

← 上一篇文章 下一主题 →

返回顶部

返回博客