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[哈勃专题] 40亿年后的银河系与仙女座大星系相撞合并事件

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发表于 2014-10-8 21:53:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
科学家描绘的 未来银河系 和M31相撞的 路线图


未来银河系 和M31合并各个阶段的 夜空。版权:NASA,ESA,STScI

NASA的 天文学家宣布,我们能够明确,下一个将严重影响我们太阳系 、银河系 的 宇宙大事件是:两大巨无霸星 系 ——银河系 和邻近的 仙女座大星 系 (M 31)的 超级碰撞。
碰撞预计将在40亿年内发生,银河系 将在该事件中发生巨变。我们的 太阳将冲入新星 系 的 新区域中,但我们地球和太阳系 不会面临毁灭的 险境。
巴尔的 摩市太空望远镜科研所(STScI)的 天文学家罗兰•冯•德•玛瑞尔(Roeland van der Marel)解说道:“我们发现,银河系 和仙女座大星 系 很可能迎面相撞。”
这一结论是通过哈勃太空望远镜对仙女座大星 系 (也称为M31)运动的 艰苦测量而获得的 。M31现在离我们约250万光年,但在两个星 系 本身以及它们周围看不见的 暗物质的 引力作用下,M31和银河系 正处于无情相撞的 路线上。
STScI的 Sangmo Tony Sohn继续说:“M31和银河系 的 未来,已经争议了约一个世纪;现在我们终于能清晰描绘其数十亿年的 未来了。”
此情景就像一个棒球击球手看着投过来的 快球。虽然M31撞过来的 速度快了2000倍,撞击却还要等待大约40亿年。
根据哈勃观测数据进行的 计算机模拟显示,两个星 系 在引力作用下,撞击后还需要约20亿年才能完成融合,并成为一个本地宇宙中常见的 单一(巨)椭圆星 系 。
虽然两个大星 系 撞在一起,其中的 恒星 却不会相撞——互相间距离实在太远了。然而,恒星 将以新的 轨道绕新星 系 中心运行。模拟显示,我们的 太阳系 可能会被抛到远离新核心的 区域。

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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:55:27 | 显示全部楼层
未来银河系 和M31合并的 10亿年间,太阳可能的 运行轨迹。
更复杂的 是,M31的 伴星 系 ——三角星 系 M33,也将参与这个碰撞事件,并可能在未来并入银河-仙女星 系 联合体。M33首先撞击银河系 的 概率相对较小。
虽然宇宙在加速膨胀,靠得很近的 星 系 却还会继续相撞。因为它们被其周围暗物质的 引力绑定在一起。哈勃的 深空图像显示,在宇宙过往还比较小时,这类星 系 合并事件是非常普遍的 。

PDF中描绘的 未来银河系 、M31、M33的 相互运动。下面三个图是上面三个图的 放大;坐标单位:千秒差距;每个图对应三维坐标的 一个截面。
一个世纪前,天文学家甚至没意识到M31是远离银河系 群星 的 独立星 系 。埃德温•哈勃(Edwin Hubble)在M31发现了可作为“量天尺”的 造父变星 ,从而测出了它的 巨大距离。
埃德温•哈勃接着发现,星 系 绝大部分都在远离我们——宇宙在膨胀,但我们也一直知道,M31和银河系 在互相接近中,时速高达40万公里(1100km/s),这个速度仅需1小时就能从地球到达月球。这个测量是利用多普勒效应获得的 :当一个源相对另一个移动时,它发出的 波会改变频率(我们都有经验,当火车朝我们开来时,汽笛声会变短;反之边长)。通过测量M31中恒星 发出的 光波,我们发现其波长变短,因此它在朝我们运动。
但我们以前并不知道,仙女座大星 系 和银河系 的 未来将是擦身而过还是迎头相撞。这取决于M31的 切向速度(我们是在三维空间,多普勒效应只能测得径向速度),但由于距离太远,M31在天球上的 视运动(切向速度对应的 运动)无法测得,既使我们的 数据已经累积了约100年。而由冯•德•玛瑞尔领导的 哈勃观测团队,以精确的 观测数据测得了M31的 视运动,证明两者注定将相撞并合并。
STScI的 杰•安德森(Jay Anderson)说明道:“我们对选定的 区域反复观测了5~7年之久。”

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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:56:06 | 显示全部楼层
用于测量M31视运动的 天区,也就是M31的 外晕。选择这块区域,是因为该处的 恒星 密度较小、而且本身运动较慢,更能代表M31的 整体运动。在高分辨率哈勃图像中,遥远的 背景星 系 在几年的 图像中是不动的 ,可以作为静止参照点。“前景”的 M31中的 恒星 、星 团的 运动距离,实际上仅有百分之一个像素量级。
团队成员、哥伦比亚大学纽约分校Gurtina Besla继续解说:“在最坏的 情况下,M31与银河系 猛撞在一起。两个星 系 的 恒星 拥挤在一起,银河系 将失去其扁平的 形状,大部分恒星 的 轨道也不再接近圆形。星 系 的 核将合并,恒星 将进入随机的 轨道,并形成椭圆星 系 。”
航天飞机的 太空维护任务拯救了哈勃,升级了哈勃的 照相机,并使天文学家有足够长的 时间精确测量并确定M31的 视运动。哈勃的 观测成果和对星 系 合并的 预测,将以3篇PDF报告的 形式刊登在即将出版的 《天体物理学》期刊上。
科学研究团队的 领导兼主要研究者是马里兰州巴尔的 摩市太空望远镜科研所(STScI)的 R.P. van der Marel;成员包括STScI的 S.T. Sohn、 J. Anderson、Thomas M. Brown,哥伦比亚大学纽约分校的 G. Besla,马萨诸塞州立大学埃姆斯分校的 M.Fardal,弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校的 R.L. Beaton,加州大学圣克鲁兹分校兼利克天文台的 P. Guhathakurta,加州帕萨迪纳市卡内基天文台的 T.J. Cox。


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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:57:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 谢顿 于 2014-10-8 21:58 编辑


当前的 夜空:银河系 高挂头顶,M31仅是银道面盘的 远方小点

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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:58:51 | 显示全部楼层


20亿年后的 夜空:M31已经很接近,是夜空中壮观的 存在

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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:59:23 | 显示全部楼层


37.5亿年后的 夜空:两个星 系 即将相撞,M31在占据了夜空的 一大片,两个星 系 都因为潮汐力而变得扭曲,并开始壮观的星暴

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 楼主| 发表于 2014-10-8 21:59:54 | 显示全部楼层


38.5亿年后的 夜空:两个巨型星 系 迎头相撞,M31已经看不见全貌,只有部分旋臂

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 楼主| 发表于 2014-10-8 22:00:27 | 显示全部楼层


39亿后的 夜空:两个星 系 正在对穿,两个星 系 盘面都看不清了(太阳也不在原先的 轨道了),夜空中充满了星 暴和美丽的 星 云

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 楼主| 发表于 2014-10-8 22:06:50 | 显示全部楼层


40亿年后的 夜空:第一次对穿而过后的 两个星 系 ,整体形状还在,但盘面都已经变形

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 楼主| 发表于 2014-10-8 22:07:27 | 显示全部楼层


51亿年后的 夜空:两个星 系 已经多次对撞,大部分气体已经转换为恒星 ,明亮的 星 云已经不多;两个星 系 核正在接近,并都没有气体盘遮掩了

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