為什麼仙女座星系與銀河系會在膨脹的宇宙中相撞？

2020-10-18 火星科普

仙女座星系是距離銀河系最近的一個大型星系，它與我們相距大約250萬光年。光譜分析顯示，仙女座星系正在以110 km/s的速度靠近銀河系。並在大約38億年後，與銀河系開始合併。另一方面，當年哈勃的觀測結果表明，宇宙正在膨脹。既然如此，為什麼仙女座星系還會靠近銀河系，並與銀河系發生碰撞呢？

首先，我們來了解一下宇宙的膨脹是怎麼回事。所謂的宇宙膨脹，其實是指空間本身的膨脹。宇宙中的大多數星系都在遠離銀河系，並不是因為那些星系本身的運動造成的，而是因為星系之間的空間持續膨脹，才導致星系之間互相遠離。下面以氣球為例，簡單來說明一下空間膨脹。

把三維空間想像成二維的氣球表面，並在氣球上標出一些點來表示星系。當氣球膨脹時，雖然氣球上的每個點本身都是靜止的，但它們之間會互相遠離，因為每個點之間的距離隨著氣球膨脹而變大了。在每個點看來，其他點都在遠離它，它就如同是膨脹的中心。並且距離越遠的點，退行速度也會越快，因為距離越遠，單位時間內它們之間的距離增加越多。宇宙的膨脹方式也是類似於此，所有的空間都在膨脹，從而導致空間之中的星系互相遠離。那麼，空間膨脹速率有多快呢？

哈勃常數可用于衡量空間膨脹速率，但這個常數很難精確測定，目前已知的數值大約為70 (km/s)/Mpc（70千米每秒每百萬秒差距）。1 Mpc相當於3,260,000 ly（326萬光年），這意味著空間距離每增加326萬光年，星系的退行速度就會相應增加70 km/s。舉個例子，如果兩個星系距離3.26億光年，它們之間的退行速度約為7,000 km/s，如果兩個星系距離32.6億光年，它們之間的退行速度約為70,000 km/s。

從哈勃常數中可以看到，當尺度很小時，空間膨脹效應並不明顯。仙女座星系距離銀河系250萬光年，由於空間膨脹會導致仙女座星系以54 km/s的速度遠離銀河系。這種退行速度並不快，兩個星系之間的引力作用足以克服空間膨脹效應，從而使仙女座星系以110 km/s的速度接近銀河系，並在38億年發生合併。正是因為引力在小尺度下佔據主導作用，我們的地球、太陽系以及銀河系等結構才能形成。

此外，從哈勃常數中還能得出一個結論，那就是當星系的距離達到140億光年時，它們之間的退行速度將會達到大約300,000 km/s，即達到了光速。這意味著距離銀河系超過140億光年的星系，都在超光速退行，它們現在發出的光不再會傳播到地球上。

上個世紀末的研究發現，空間不但正在膨脹，而且這個速率還在持續增加。觀如果宇宙空間繼續像現在這樣加速膨脹下去，本星系團中的其他星系最終都會遠離我們而去，而本星系群中的幾十個星系最終將會在引力的作用下合併成一個星系。到了遙遠的未來，觀察者再仰望夜空時，他們所能看到的只有自己星系中的天體，而宇宙中的其他星系都無法觀測到。

雖然宇宙微波背景輻射不會隨著空間膨脹而消失，但由於空間的加速膨脹，這些宇宙中最早的光的波長將會拉長到光年尺度，導致它們幾乎無法被探測到。在遙遠的未來，綿延在宇宙中的只有無盡的黑暗。

相關焦點

  • 宇宙既然是膨脹的,那為何40億年後銀河系和仙女座星系會相撞呢?
    另一個主角仙女座星系，則是距離銀河系最近（254萬光年）的星系，直徑在22萬光年以上，恆星數量在1500-6000億顆之間，質量比銀河系大一些。這個巨大星系的發現，其實和宇宙膨脹理論的發現密不可分。當確立了宇宙膨脹的理論之後，科學家們發現真的是絕大多數星系都在遠離我們，而且距離越遠退行速度越快，不過仍然有一些特例存在，比如仙女座星系就是其中之一。科學家們發現，在觀測仙女座星系中的「標準燭光」時，並非呈現的是典型的紅移現象，而是出現了藍移，說明仙女座並非遠離銀河系，而是在不斷地靠近銀河系。
  • 宇宙在不斷膨脹,為何銀河系和仙女座星系還要在40億年後相撞?
    宇宙膨脹是空間在膨脹，在空間中的物體會有相對移動速度，兩個物體可以相互遠離，也可能相互靠近，仙女星系和銀河系就屬於相互靠近的情況。宇宙大爆炸理論能很好地解釋宇宙的起源和演化，根據天文學家獲取的數據，目前宇宙膨脹速度（哈勃常數）為：H=67.80±0.77km/s/Mpc；其中Mpc表示百萬秒差距，1百萬秒差距≈326萬光年，也就是說在宇宙中相距326萬光年的兩點，因為宇宙膨脹導致的退行速度為67.8km/s，隨著距離的增加，相對退行速度是線性增長的。
  • 銀河系與仙女座星系迎面相撞,是否違反宇宙大爆炸理論?
    在1980年代初期出版的一本《天文學概況》的小冊子中，編寫組是中科院北京天文臺的，他們也在小冊子之中也描繪、讚美了宇宙背景微波輻射這樣的國外宇宙學成果，但是他們同時在後面加上一小句話，說，雖然有宇宙背景微波輻射，但依然不能證明西方國家所謂宇宙大爆炸的謬論。
  • 仙女星系和銀河系都是宇宙大爆炸產物,為什麼會相互接近?
    仙女座星系和銀河系比如說仙女座星系目前正以300公裡/秒的速度向我們銀河系靠近。這是為什麼呢？原因有以下幾點。我們的宇宙實在是太大了，據哈勃太空望遠鏡最新觀測，宇宙中存在兩萬億個像銀河系這樣的星系，現在的可觀測宇宙直徑有930億光年，未來這一數字還會增大。根據現在的哈勃常數值，大約每隔326萬光年，星系相互退行距離才增加7公裡秒。銀河系和仙女座星系同屬一個本星系群，距離只有250萬光年（有說230萬光年）左右，即使有相互退行速度，也增加不了7公裡/秒，幾乎可以忽略不計。
  • 仙女座星系:大約40億年內與銀河系相撞
    生活中，我們可以看到許多物體的碰撞，如兩顆玻璃球的碰撞，水滴之間的碰撞。望向宇宙，也時常有碰撞的發生，小到星體，大到星系，其中星系碰撞，並非一般意義上的碰撞，而是一種引力交互作用。星系碰撞在宇宙是相當普遍的，這種碰撞帶來的不是只有毀滅，還有新生。
  • 銀河系將與仙女星系相撞,地球會毀滅嗎?不!只是「星系華爾茲」
    1923年，美國天文學家埃德溫·哈勃通過觀測仙女座星系中的造父變星，發現其距離遠超銀河系的本身尺度，這打破了當時人們普遍認為的整個宇宙只有銀河系大小的觀點。1929年埃德溫·哈勃提出了著名的哈勃定律：由於宇宙膨脹，絕大多數星系都會遠離我們（紅移），而星系的退行速度與我們的距離成正比，這就意味著宇宙並非是靜止的，而是在膨脹。
  • 銀河系和仙女星系相撞會怎樣?科學家通過R5519星系看到了結局
    就連科學家都認為，仙女星座在未來或許會撞上銀河系。既然這種局面無可避免，那麼我們是否可以提前想像一下，那時的銀河系會發生什麼樣的現象呢？如果銀河系和仙女座碰撞會發生什麼？因為，仙女星系的直徑達到22萬光年，而銀河系只有10-15萬光年，仙女星系的恆星數量達到1萬億顆以上，而銀河系的恆星數量只有3000-4000億顆，在面積這麼大的情況下，銀河系要在這場撞擊中保持無損傷的可能性很低，根據專家給出的預測的，未來等這兩個星系撞擊在一起之後，最終會形成一個大型的橢圓形星系。
  • 銀河系遲早要與仙女星系相撞，人類該怎麼辦？逃又逃不掉？
    當然我們今天不是要說銀河系的質量，而是人馬座橢球星系，這是一個被銀河系吞噬的矮星系，像這樣的星系在銀河系周邊還有不少，根據天文學家估計，大小麥哲倫星系也可能會被銀河系吞併，但天文學家也認為大麥哲倫星系並不會被銀河系吞併，而是將會被以110千米/秒衝向銀河系的仙女星系吞併！
  • 銀河系與鄰居仙女座星系還沒有相撞,就開始變老了
    【每日科技網】　　研究表明，我們所在的銀河系以及其近鄰仙女座星系正處於從年輕星系向老年星系的轉變過程中。　　仙女座星系　　在年輕的星系當中，由於存在大量的氣體，因此會形成大量的新恆星，整個星系看起來表現出漂亮的藍色。年輕恆星的發出的光點亮了星系。
  • 銀河系遲早要與仙女星系相撞，到時候人類該怎麼辦啊？
    在廣袤的宇宙中，星系之間的碰撞是常有的事情，比如現在正在宇宙中上演著碰撞與融合的星系IC2163星系與NGC2207星系，以及NGC5159星系與M51星系，科學家通過望遠鏡觀測到了這一場景，不過，這樣的場景不是像大家腦海裡想像的那樣很快速的碰撞與融合，實則是非常漫長的過程，整個的碰撞與融合過程需要長達幾億年甚至十數億年的時間。
  • 「星系殺手」仙女座星系?科學家:未來也許會吃掉銀河系!
    在吞完那個可憐的星系之後，銀河系將是它的下一頓美餐。我們的銀河系是一個縱橫16萬光年的巨大星系，其中包含1000—4000億顆恆星，可謂是個龐然大物了。但是我們的鄰居仙女座星系規模又比銀河系大了一倍，當然它也不是最大的星系。在我們銀河系所處的本超星系團中，M87星系是最大的星系，銀河系和仙女座星系加起來也不到M87星系的1/10。
  • 38億年後，仙女座星系衝撞銀河系，太陽系會毀滅嗎？
    離銀河系最近的大型星系位於254萬光年之外，這就是仙女座星系，其直徑估計可達22萬光年，在地球上肉眼可見。光譜分析表明，仙女座星系表現出藍移，這意味著它正在朝著我們運動。據估計，仙女座星系正以每秒301公裡的速度朝著太陽系方向運動。
  • 銀河系和仙女座星系相撞時間推遲了6億年!地球有救了?
    銀河系和仙女座星系是本星系群中的兩大「土豪」，銀河系大約有1000億至4000億顆恆星，而仙女座星系坐擁1萬億顆恆星，體量比前者大了一個數量級。早前的研究顯示，兩大星系正以每秒110千米的速度彼此靠攏，預計將在39億年後相撞！
  • 宇宙在不斷膨脹,為什麼仙女星座還會撞過來?
    我們都知道宇宙再不斷地膨脹，按理說宇宙中的天體之間的距離會拉長，不說行星之間，就說大的點，星系！
  • 哈勃望遠鏡:仙女座星系正在撞向銀河系!人類將何去何從?
    導讀：宇宙大爆炸理論告訴我們，我們所在的宇宙正處於膨脹狀態，所以哈勃望遠鏡才會觀察到星系之間的距離正在不斷遠離，但對於個別距離過近的星系卻並不適用！根據NASA發布的哈勃望遠鏡最近觀測結果，仙女座與銀河系之間的距離越來越近，甚至已經碰觸到了彼此的邊緣！
  • 銀河系與仙女座星系的「軍備競賽」
    【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】天文學家發現我們最近的大鄰居仙女座星系的大小與銀河系大致相同。人們一直認為仙女座星系的大小是銀河系的2到3倍，而我們自己的星系最終會被認為更大的鄰居吞沒。但今天發表的最新研究結果顯示了這兩個星系之間的差距。
  • 「仙女」居然是來自宇宙深處的不速之客!她真會與銀河系相遇嗎?
    仙女星系在東北方向的天空中看起來是紡錘狀的橢圓光斑，是肉眼可見的最遙遠的天體之一。仙女座星系的直徑至少是50千秒差距（16萬光年），為銀河系直徑的1.5倍（銀河系直徑為十萬光年）。仙女座星系的質量（包括暗物質）大約是1.23×10M☉（或1.23兆太陽質量），相當於銀河系質量（5.8×10M☉）的2.12倍。仙女星系是本星系群中最大的星系。
  • 銀河系和仙女座星系碰撞會怎樣?先看這起壯麗的星系大戰
    宇宙在不斷膨脹，在大尺度上星系是相互退行而去的。不過，在星系團和星系群中，一些星系難免冤家路窄，一言不合就幹起架來。實際上，星系大戰在宇宙中是非常普遍的現象，這是星系演化的重要方式之一。更有甚者，天文學家通過觀測發現，我們的銀河系和仙女座星系正在不斷靠近，預計大約將在40億年後迎面相撞。顯然，想要親眼目睹銀河系與仙女座星系的曠世之戰是不可能的。還好，他山之石，可以攻玉，放眼其他星系，我們還是有機會窺見銀河系未來的命運。哈勃太空望遠鏡拍攝的一張驚人圖像就為我們提供了一個很好的參考。這個扭曲得像一朵玫瑰的星系名曰NGC 3256，距離地球約1億光年。
  • 仙女座星系和銀河系碰撞的時間推遲了6億年,太陽系有救了
    本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文自宇宙大爆炸以來，隨著宇宙的不斷膨脹，形成了無數的星系。銀河系只是其中之一，而銀河系是太陽系生存的星系，也是人類生存的星系。雖然地球所處在小星系是太陽系，但是太陽系圍繞銀心公轉，銀河系的命運也決定著太陽系的命運，決定著地球的命運。很早的時候，科學家通過觀測發現，銀河系和仙女座星系正在每秒110公裡的速度相互靠近，預計將在39億後相撞。兩個大星系的碰撞可是宇宙大事件，事實上，在浩瀚的宇宙中，星系的碰撞融合併不是什麼稀奇的事。
  • 「仙女」居然是來自宇宙深處的不速之客！她真會與銀河系相遇嗎？
    仙女星系在東北方向的天空中看起來是紡錘狀的橢圓光斑，是肉眼可見的最遙遠的天體之一。仙女座星系的直徑至少是50千秒差距（16萬光年），為銀河系直徑的1.5倍（銀河系直徑為十萬光年）。仙女座星系的質量（包括暗物質）大約是1.23×10M☉（或1.23兆太陽質量），相當於銀河系質量（5.8×10M☉）的2.12倍。仙女星系是本星系群中最大的星系。