星系碰撞

發現星系碰撞

美國航天航空局的彈頭式太空望遠鏡已經將它的紅外線眼睛對準了一個正在發生碰撞的星系——線狀星系。這里并非像人們想象的那樣充滿了死亡，而是蘊含著許多新生命的誕生。正在互相融合，就像牛奶與水攪拌在一起一樣。彈頭式望遠鏡的紅外線可以穿透塵埃發現其中隱藏著的新生星體。在最近對線狀星系的研究中，彈頭式望遠鏡發現了一顆新星，它出現在兩個星系發生碰撞的地方。通過望遠鏡，天文學家們知道了發生碰撞的兩個星系中出現的新星大多位于兩個星系碰撞的交疊處。

2004年9月，歐洲XMM-牛頓天文臺的天文學家們觀測到了有記錄以來規模最大的一次星團碰撞。在兩個發生碰撞的星團中，其中一個由近千個子星系組成，另外一個中也包含有約300個子星系。兩個星團均位于長蛇座，距離太陽系大約有8億光年。不過星團間發生的碰撞可一點也不像公路上時常出現的汽車相撞事故：單個星體在星系總質量中所占的比重均非常微小，在發生碰撞時，它們會相互滲透、融合，并會聚成一個嶄新的較大星團。在浩瀚的宇宙中，星系間發生碰撞的情況并不罕見，但像這次同時出現數百個星系相互滲透、碰撞區域綿延超過300萬光年的情況還是頭一遭。

碰撞誕生恒星

星系碰撞在宇宙中相當普遍，也是星系演化的關鍵。但星系碰撞帶來的不是只有毀滅，還有新生!斯匹策望遠鏡的紅外視力穿透層層塵埃與氣體，觀測到6800萬光年外觸須星系的恒星正被扯離軌道，旋臂也被拉碎。而觸須星系中心正誕生著新的恒星。

最近幾年，天文學家發現了一種極亮紅外星系。1980年，美國、英國、荷蘭合作發射的紅外天文衛星首次探測到極亮紅外星系的強烈紅外輻射，它比銀河系的紅外輻射強100倍以上。天文學家估計，這些很亮的紅外光是由于星系相互碰撞時，塵埃物質將碰撞中產生的新生恒星的光叢吸收并再輻射所致。哈勃空間望遠鏡在近3年的時間里對30億光年內的123個極亮紅外星系進行搜索，結果發現其中有30％有明顯可見的多重合并。在這些宏偉壯觀的多重碰撞中，科學家們看到了宇宙進化順序中的最終階段——小的碎片相互結合形成更大的天體。大量物質從星系的裂縫中出來，形成很長的隊列，物質收縮形成的多重核擠在一起，有時還可以看到星系相互結合的“巢”。這一結果表明了宇宙早期的樣子，那時的星系碰撞經常發生，因而誕生出許多新的恒星。

1990年4月24日，發射升空的哈勃太空望遠鏡向地球傳送回編號為AM0644-741環狀星系的獨特照片，該星系位于南半球劍魚星座方向距銀河系約3億光年的地方。看上去像一條鉆石項鏈的AM0644-741星系由年輕而又非常熾熱的恒星環組成，其直徑為15萬光年。該環狀星系是由兩星系碰撞而形成的，碰撞時其中一個星系恰好從另一個星系平面中穿過。巨大無比的引力沖擊改變了星系的結構，迫使氣團壓縮并引起劇烈的恒星形成，大量年輕而又高溫的天體組成了哈勃太空望遠鏡拍攝的淺藍色項鏈。

環狀星系是星系間碰撞觸發大量恒星形成進而改變星系結構的生動范例。它們代表了一類特殊的碰撞，一個星系(入侵者)徑直穿過另一個星系(靶子)的星系盤。在AM0644-741的這張照片中，由于視場太小而無法看到入侵者。

我們知道，星系就像一個個“恒星制造機”，在歷經100億年以上的漫長歲月中，從誕生之初的氣體中不斷地制造恒星。而在這些相互作用的星系中，恒星誕生的速度比普通星系快10倍以上。只需經過幾億年的時間，相互作用的星系中心附近就會誕生出許多新的恒星。

中子星的碰撞

2005年5月9日，美國航天航空局的一顆人造衛星觀測到明顯是從遙遠星系傳來的一次激烈的能量爆發，這是首次觀測到的兩顆中子星激烈的碰撞。這顆人造衛星名叫斯威伏特，它傳來的信息很快被傳達給地面天文工作者，隨后展開了數小時緊張的分析研究工作。

中子星碰撞被用來解釋一系列令人費解的巨型射線爆發，這些爆發被稱為伽馬射線爆發。天文學家們目前可以肯定“長爆發”，即歷時幾秒到幾分鐘的伽馬射線爆發，是巨星燃盡，它們致密的核塌縮導致星體爆發并在形成黑洞的過程中產生的；而“短爆發”，即不足1秒的伽馬射線爆發，產生的原因始終是個謎。

爆發信號強度很低，斯威伏特衛星只接收到11個光子，但是足夠讓地面望遠鏡判斷出爆發源大致方位。若干小時之后，位于亞利桑那州基特峰，口徑3.5米的WIYN望遠鏡，以及位于夏威夷莫納克亞山，口徑10米的“凱克1”號望遠鏡都在搜索區域內觀測到了一個微弱的光斑，光斑位于一個距地球27億光年的星系邊緣。

斯威伏特研究組的負責人內爾·基羅認為，觀測到的光斑出現的位置正是天文學家預測可能觀察到中子星碰撞的地方。然后，或許在數十億年之后，兩顆被擠出的中子星在短暫而激烈的碰撞中化為黑洞。

碰撞導致黑洞轉向

在《科學》雜志上發表的一份報告指出，x形射電星系內存在能夠突然翻轉的大質量黑洞，這種現象可能是由于吸收了其他星系的黑洞而造成的。

大多數星系中都存在著特大質量的黑洞，其質量可達太陽質量的數百萬或數十億倍。人們認為其中最活躍的旋渦在吞噬氣體和恒星時，會以可怕的速度進行旋轉。吸入的物質旋轉形成了一個向太空中強烈噴射能量的巨型盤狀物。調查表明，大約7％的活躍的射電星系具有x形的，或者說是翼狀的噴射流。天文學家認為，這些特征代表著中心黑洞的運動，與地球自轉軸隨時間的改變而移動的情況非常相似。

然而，最近某些翼狀星系的高分辨率射電圖像卻顯示，在一對噴射流向新方向偏轉之處發生的變化是急劇的，而不是逐步的。美國新澤西州皮斯卡塔緯魯特格斯大學的天體物理學家大衛·米瑞特和他的合作者、澳大利亞望遠鏡設備中心的射電天文學家羅恩·埃克斯指出：“它不得不翻轉。”最可能的機制就是：在一次星系撞擊中，另一個大質量黑洞到達了此處。根據他們的模型，一個質量至少達到其同伴質量20％的外來黑洞將會打破主要黑洞的平衡——無論它的轉速有多快。

加州大學圣芭芭拉分校的天體物理學家思考特·哈格思是一項即將完成的獨立分析項目的合作者，他得出了類似的結論：“如果沒有另一個像黑洞那樣大質量的物體撞擊它，讓質量極大的黑洞發生扭轉確實非常困難。”米瑞特和埃克斯估計，一個典型的巨大星系每10億年將會經歷一次令黑洞翻轉的撞擊——這足以令宇宙中每年發生一次此類事件。

銀河的未來

在大多數情況下，星系碰撞不會直接發生，且只是損失一些星系外部的恒星，它們被強大的引力牽扯走，然后被拋擲到太空，留下星系內部的恒星浸淫在星系間的星海里。若碰撞直接發生，結果會很戲劇化：兩個旋渦星系相撞，氣體圓盤被強烈的震撼力驅逐到空間里，然后合并成更大更亮的星系，即形成一個不具氣體物質的橢圓星系。宇宙中的棒漩星系、不規則星系都是幾個星系碰撞或相互影響的產物。小星系呈旋渦狀逐漸墜向最大的星系，直到被大星系“吞噬”掉為止，這些大星系則變得愈來愈大，繼續吞食比它們小很多的星系。

天文學家通過觀測星系的相撞，預示了人類所居住的銀河系死亡時的可能情景。距我們銀河系220萬光年的仙女座星系，是距我們最近的一個星系。而且是唯一可以用肉眼看到的螺旋狀星系。仙女座星系正一步一步地向我們逼近。科學家預測，銀河系將在大約50億年后同仙女座星系融為一體，從而導致銀河系以及其中的太陽系包括地球的完全毀滅。科學家形容說，銀河系就像將被推土機碾過的草屋一般，形骸無存。