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第11章 本星系群

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质量:约1.5×1012 M☉(略大于银河系);

大小:直径约12万光年,包含约2500亿颗恒星;

关键特征:距离银河系约250万光年,是肉眼可见的最远天体(在黑暗环境中,呈模糊的光斑)。

仙女座星系的“厉害之处”在于它的运动:通过哈勃望远镜的红移观测,科学家计算出它正以110公里/秒的速度向银河系靠近——这场“相遇”,将在45亿年后达到高潮。

2.2 中型成员:椭圆星系——“安静的老者”

本星系群中的椭圆星系,多是小型的“卫星星系”,围绕在银河系或仙女座周围:

M32:仙女座的“伴侣”,椭圆星系,质量约2×10? M☉,直径约8000光年。它是仙女座被银河系潮汐力撕裂的残骸吗?目前尚无定论,但它的轨道显示,它正逐渐靠近仙女座中心;

M110:同样是仙女座的卫星星系,椭圆星系,质量约1×10? M☉,以更高的速度绕仙女座旋转——它的恒星年龄更老,说明它是早期合并的产物。

2.3 小型成员:不规则星系——“活跃的“小角色”

本星系群中的不规则星系,多是银河系的卫星星系,因引力扰动而形状不规则:

小麦哲伦云(SMC):距离银河系约20万光年,质量约7×10? M☉,是银河系的“卫星”。它的恒星形成率很高(每年约0.02 M☉),因为银河系的潮汐力正在撕裂它的气体云;

大麦哲伦云(LMC):距离银河系约16万光年,质量约1×101? M☉,比小麦哲伦云大。它包含一个巨大的恒星形成区(30 Doradus,又称“蜘蛛星云”),是银河系中最活跃的恒星诞生地之一。

三、本星系群的“结构”:松散的“纤维网”与引力主导

本星系群不是“紧密的球状团”,而是松散的纤维状结构——两个巨头(银河系、仙女座)位于中心,周围环绕着卫星星系,像“太阳系中的太阳与行星”,但尺度大了百万倍。

3.1 引力:群内的“隐形指挥家”

本星系群的结构,完全由引力主导:

双巨头的主导:银河系与仙女座的质量之和,占本群总质量的80%以上。它们的引力场,决定了周围卫星星系的轨道;

卫星星系的“舞蹈”:小麦哲伦云、大麦哲伦云绕银河系旋转,M32、M110绕仙女座旋转——它们的轨道是“椭圆”的,因为引力不是“固定的绳子”,而是“动态的拉力”。

3.2 与其他星系团的联系:本超星系团的一部分

本星系群并非孤立——它是本超星系团(Local Supercluster,缩写LS)的一部分。本超星系团包含约100个星系群与星系团,其中最大的成员是室女座星系团(包含2000个星系,距离本星系群约5000万光年)。

本星系群正以约1000公里/秒的速度向室女座星系团靠近——这是更大尺度的宇宙运动,但对我们而言,45亿年后的银河系-仙女座碰撞,才是更紧迫的“家庭事件”。

四、银河系与仙女座:45亿年后的“宇宙婚礼”

这是本星系群最核心的故事——两个巨头的碰撞,不是“毁灭”,而是“重生”。

4.1 碰撞的“预告”:速度与距离的计算

仙女座与银河系的碰撞,不是猜测,而是精确计算的结论:

距离:目前两者相距约250万光年;

相对速度:约110公里/秒(通过哈勃望远镜的红移观测得出);

碰撞时间:约45亿年后(假设速度不变,距离除以速度:250万光年 ÷ 110公里/秒 ≈ 45亿年)。

4.2 碰撞的“过程”:不是“星星相撞”,而是“引力交融”

很多人担心:“碰撞时,太阳系会被摧毁吗?”答案是:几乎不会。因为恒星之间的距离,比恒星本身大得多——比如,太阳与最近的比邻星(Proxima Centauri)相距4.2光年,而仙女座的恒星密度,与银河系差不多。碰撞时,恒星几乎不会直接相撞,只会被引力“拉扯”,改变轨道。

真正的“碰撞”,是气体云与暗物质的相互作用:

第一阶段(碰撞初期,0-10亿年):仙女座的引力会扰动银河系的旋臂,导致大量气体云碰撞、压缩,触发大规模恒星形成——银河系的“恒星婴儿潮”;

第二阶段(合并中期,10-30亿年):两个星系的核球(中心区域)会融合,形成一个更大的“椭圆核”。仙女座的超大质量黑洞(约1亿M☉)与银河系的Sgr A*(400万M☉)会绕彼此旋转,最终合并成一个更大的黑洞;

第三阶段(合并后期,30-45亿年):两个星系的旋臂完全消失,形成一个巨大的椭圆星系——天文学家给它起了个名字:Milkomeda(银河系“Milky Way”与仙女座“Andromeda”的组合)。

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