仙女座星系已经死亡 仙女座星系是怎么发现的?

仙女座星系已经死亡仙女座星系是怎么发现的?,文学家最近才发现，仙女座星系是一个死亡。距离银河系最近的大尺度螺旋型的仙女座星系到达了“绿色山谷”，很可能在很久之前开始了下降期，仙女座星系实际上是一个僵尸星系。

关于银河系我们已经知道了什么

行星、恒星、甚至星系，都有其形成、发展、稳定、消亡的过程，就像一个人的一生那样。我们的邻居——仙女座星系几乎可以肯定在几十亿年前就已经“死亡”了，但直到最近才开始显示出它灭亡的迹象。最近的一些研究表明，我们的家园银河系也是这样——就像僵尸一样，可能已经“死亡”，但它仍在继续运转。

星系停止将气态物转化为新恒星时，就已经在慢慢走向消亡之路，但似乎具有两条完全不同的路径，这两条路径由完全不同的过程来驱动。银河系和仙女座星系就是运行在这样的路径上，在数十亿年的时间里，非常非常缓慢走向自己的生命句点和最终的归宿。

星系如何“猝灭”星系内的恒星形成并改变它们的形态，是 河外天体物理学 中的一个重大科学问题。我们现在可能即将拼凑出这一过程是如何发生的。这要感谢大量的科学家对数以百万计的银河图像数据的整理和分析。

如果从这一角度定义， 星系就是一个不断吸积气体并将其中一些转化为恒星的动态系统 。

和人类及其他生命的生长类似，星系的成长也需要“食物”——来自宇宙网的新鲜氢气。 宇宙网 是构成宇宙中最大结构，由暗物质晕构成。当气体冷却并落入暗物质晕后，就会形成一个圆盘，然后进一步冷却，最终诞生出新的恒星。

随着恒星的衰老和消亡，最终会通过恒星风或超新星的形式将部分气体返回星系。当大质量恒星爆炸中死亡时，它们会加热周围的气体，防止气体迅速冷却，这一过程证明了天文学家所说的“反馈”：星系中的恒星形成因此是一个自我调节的过程。垂死的恒星产生热量，导致宇宙气体不容易被冷却形成新恒星，最终会阻止大量新恒星的诞生。

大多数星系都是盘状或螺旋状的，就像我们的银河系一样，可以称之为螺旋星系。但还有另一种形态完全不同的星系，这些巨大的星系看起来更像椭圆形或足球形，可以称之为椭圆星系。它们几乎没有那么活跃——已经失去了气体供应，不再形成新的恒星。这些星系中原有的恒星在无序的轨道上运行，逐渐使它们的形状变得更大、更圆。

这些椭圆星系的特征有两个：它们不再形成恒星，它们的形状也不同。

在20世纪初期，科学家们开展了宇宙间星系的调查，并对星系进行了基本的划分——一类是被大质量、年轻和短命恒星的蓝光照亮的年轻星系，另一类是静止的椭圆被低质量、古老的恒星的红光照亮的年老星系。

但是，随着后面的数字天空勘测（SDSS）等现代勘测研究开始记录数十万个星系，就逐渐ff发现了不太适合这两大分类的星系。很多的红色星系在形状上根本不是椭圆形，不知道什么原因，这些星系在没有显著改变其结构的情况下停止了新恒星的形成。与此同时，也发现一些外形是椭圆的蓝色星系，但它们发出蓝光，表明仍然有新的恒星诞生。

这两种特例星系——红色螺旋和蓝色椭圆——如何融入我们已经建立的对星系演化的科学描述体系里面呢？

研究作者 Kevin Schawinski 建立了Galaxy Zoo，并邀请了众多天文学家一起，对数百万星系的图像进行研究和分类。如果你登录Galaxy Zoo时，会看到星系的图像和一组与可能的分类相对应的按钮，以及识别不同类别的教程。

通过来自25万人协作和分类，100万个星系中通过图像被分类和分析。利用“群体智慧”效应带来的规模化识别能力，发现了许多不太常见的蓝色椭圆和红色螺旋星系。（上图中，蓝色星形成星系位于底部。红色星系位于顶部。绿色带是介于两者之间的过渡地带。）

通过上面的介绍，绿色区间（可以称之为“绿谷”）可以被看做是星系演化的十字路口。具有“绿色”或中间颜色的星系应该是那些正处在逐渐停止新的恒星形成过程的星系——可能这个过程只是在不久前（也许是在数亿年前）才刚刚停止的。

顺便说一下，“绿谷”这个词的起源实际上可以追溯到亚利桑那大学关于星系演化的演讲，当演讲人描述星系的颜色质量图时，观众中的一个成员喊道：“绿谷，银河系要去死了！”

当观察各种星系的消亡速度时，真正激动人心的时刻到来了。我们发现缓慢死亡的是螺旋星系，快速死亡的是椭圆星系。它们的进化和消亡路径必然是根本不同的。

想象一下，一个像银河系一样的螺旋星系，随着新的气体不断流入，将气体转化为一个个新的恒星。但随着偶然事件的发生，切断了外部新鲜气体的供应：也许是因为星系落入了一个巨大的星系团，在星系团炽热的内部气体切断了外部新鲜气体的供应，或者星系暗物质晕增长迅速，落入其中的气体被快速冲击加热，以至于无法冷却。无论如何，螺旋星系失去了新的气体输入，只剩下它内部储存的气体。

由于这些储层可能非常巨大，而且气体转化为恒星的过程非常缓慢，我们的螺旋星系可能会在这个状态下持续相当长一段时间，仍然有新恒星诞生，使星系整体看起来“充满活力”，而恒星形成的实际速率在数十亿年内会逐步下降。这意味着，当我们意识到一个星系正处于末期衰败时，“触发时刻”已经发生——在数十亿年前。（时间尺度上的巨大差异是这一切看起来）

仙女座星系是距离我们最近的这种大质量螺旋星系，根据最新研究，它位于绿谷，可能在亿万年前就开始衰落，其实它就是一个僵尸星系——已经“死亡”了，但仍在继续移动，仍在产生恒星，但与正常的星系相比，恒星的诞生速度有所下降。

确定银河系是否在绿谷——是否在走向死亡的状态中——更具挑战性，因为我们在银河系中，无法像测量遥远星系那样轻松地测量银河系。但即使这样，根据目前的数据，看起来银河系就在准备跌入绿谷的边缘，甚至银河系可能完全已经是一个“僵尸”星系了——在10亿年前就已经死亡了。

Kevin Schawinski - Swiss Federal Institute of Technology Zurich

如果未来银河系和仙女座星系撞在一起会怎么样

仙女星系 （ Andromeda Galaxy ; M31 ; NGC 224 ），是位于仙女座方位拥有巨大盘状结构的 旋涡星系 ，距离地球254万光年，是距银河系最近的大星系。

仙女星系和银河系同处于本星系群，直径 22万光年， 至少是银河系的1.6倍，是本星系群中最大的星系。据斯皮策空间望远镜的观测显示，仙女座星系有将近一万亿颗恒星，数量远比银河系多。银河系的质量大约相当于仙女座星系的50%。

然而，根据目前阶段的观测与分析，银河系可能正在与仙女座星系这个距离我们最近的螺旋星系“相向而行”，预计在未来30亿-40亿年的某个时刻，银河系和仙女座星系这两个本星系群中最大的星系将“走”到一起，并带来灾难性的后果，最后并合成一个新的椭圆星系。

这一碰撞过程中，一些恒星将被“扔出”银河系，其他将被在撞击合并中形成的超大质量黑洞摧毁。当这两个星系最终变成新的一个巨大的椭圆星系时，它们各自原本的巧妙螺旋结构将遗失殆尽（关于星系的螺旋结构和椭圆结构，请参看我的另一个短文：也许银河系早已“死亡”，只是身在其中的我们还没有意识到？）。

尽管这个过程这听起来是灾难性的，异常残酷，但却是 星系进化过程中的自然组成部分 。

天文学家已经知道这次即将发生的碰撞有一段时间了。这是基于我们的星系和仙女座星系的方向和速度。但更重要的是，在浩如烟海的宇宙空间中，星系的碰撞实在是一件稀松平常的事情。

以触须星系（ The Antennae galaxies ）为例，其实就是两个星系正在碰撞合并的过程中呈现出的形态。 在被称为NGC 4038群的集团中总共有5个星系，而正在碰撞中的两个星系被称为触须星系，由于碰撞中产生由恒星和气体尘埃组成的形状很像昆虫的触须而得名。这两个星系因为核心的相互结合，正处在形成超星系的过程中。

星系内部通过物质间的相互引力连接在一起，围绕着一个共同的中心运行。星系之间的相互作用非常普遍，尤其是巨型星系和卫星星系之间。这通常是由于两个星系彼此漂移得太近，以至于卫星星系的引力会吸引巨型星系的主旋臂。

碰撞可能导致星系合并，如果其中一个碰撞星系比另一个大得多，它将基本上保持完整并保持其形状，而较小的星系将被“吞噬”，变成较大星系的一部分。

这种碰撞相对比较常见，科学家们普遍认为，仙女座星系过去至少与一个以上的星系发生过碰撞。而目前，几个矮星系（如人马座矮球状星系）正在与银河系发生碰撞并合并到银河系中。

其实，“碰撞”这个词有点用词不当，因为星系极其广阔，其中物质的分布极为稀薄，这意味着在这个所谓的“碰撞”过程中，恒星或行星之间的实际碰撞是极不可能发生的。

1929年，埃德温·哈勃发现了观测证据，表明遥远的星系正在远离银河系。这促使他创立了哈勃定律，该定律指出，星系的距离和速度可以通过测量其 红移 来确定——也就是说，当物体离开时，物体的光会移向光谱的红端。

然而，对来自仙女座的光进行的光谱测量表明，它的光向光谱的蓝端移动（又称 蓝移 ）。这表明，与20世纪初以来观测到的大多数星系不同，仙女座星系正在向我们的银河系移动。

2012年，研究人员根据哈勃2002年至2010年追踪仙女座星系的观测数据，确定银河系和仙女座星系之间肯定会发生碰撞。根据对其蓝移的测量，估计仙女座正在以大约110公里/秒的速度接近银河系。

按照这个速度，它可能会在大约40亿年后与银河系相撞。研究还表明，三角星系M33——本星系群中第三大、最亮的星系——也将“参与”此次碰撞活动。很有可能，它最终会在围绕银河系和仙女座的轨道上运行，然后在晚些时候与新的“银仙座”椭圆星系相撞。

正如前面说的，在星系碰撞中，较大星系会完全吸收较小星系并将其“撕裂”，星系中的恒星可能会发生合并。但当星系的大小相似时——比如银河系和仙女座星系——近距离相遇会彻底摧毁两者的螺旋结构——这场相遇没有最终的赢家，两者最终会成为一个新的椭圆星系，我们姑且称之为“银仙系”，一个没有明显螺旋结构的巨大的星系。

因为星系碰撞会导致大量氢云聚集并被压缩，从而引发一系列引力崩塌，同时，也会导致星系过早老化，因为它的大部分气体都会转化为恒星。因此，这种相互作用也能触发少量新恒星的形成。

在这段疯狂的恒星形成期之后，星系仿佛耗尽了所有的力气。最年轻最热的恒星会以超新星的形式爆炸，剩下的只有更老、更冷的红星。这也是为什么巨型椭圆星系是星系碰撞的结果，有那么多古老的红星，而活跃的新恒星形成却很少。

尽管仙女座星系包含约1万亿颗恒星，银河系包含约3000亿颗恒星，但由于两颗恒星之间的距离巨大，因此在这1万3000亿恒星中，即使是两颗恒星发生碰撞的可能性也微乎其微。然而，这两个星系中心都包含超大质量黑洞，它们将在新形成的星系中心附近汇聚。

这种黑洞合并将导致轨道能量转移到恒星，在数百万年的时间里，恒星将被转移到更高的轨道。合并后的黑洞吸收的气体可能会在星系中心形成一个发光的类星体。同时，黑洞合并的影响也可能将导致某些恒星被“踢出”星系，形成超高速 流浪恒星 ，甚至会带走它们的行星。

读到这里，仰望星空，会使人的深深思索，意识会投射到更高的维度，引发沧海一粟的感慨。宇宙如此之大，星系间的相遇和碰撞也不过一件小事而已。如果银河系未来和仙女座星系相遇，会合并成新的星系，并且是发生在遥远的40亿年之后的事情了。

关于银河系我们已经知道了什么

行星、恒星、甚至星系，都有其形成、发展、稳定、消亡的过程，就像一个人的一生那样。我们的邻居——仙女座星系几乎可以肯定在几十亿年前就已经“死亡”了，但直到最近才开始显示出它灭亡的迹象。最近的一些研究表明，我们的家园银河系也是这样——就像僵尸一样，可能已经“死亡”，但它仍在继续运转。

星系停止将气态物转化为新恒星时，就已经在慢慢走向消亡之路，但似乎具有两条完全不同的路径，这两条路径由完全不同的过程来驱动。银河系和仙女座星系就是运行在这样的路径上，在数十亿年的时间里，非常非常缓慢走向自己的生命句点和最终的归宿。

星系如何“猝灭”星系内的恒星形成并改变它们的形态，是 河外天体物理学 中的一个重大科学问题。我们现在可能即将拼凑出这一过程是如何发生的。这要感谢大量的科学家对数以百万计的银河图像数据的整理和分析。

如果从这一角度定义， 星系就是一个不断吸积气体并将其中一些转化为恒星的动态系统 。

和人类及其他生命的生长类似，星系的成长也需要“食物”——来自宇宙网的新鲜氢气。 宇宙网 是构成宇宙中最大结构，由暗物质晕构成。当气体冷却并落入暗物质晕后，就会形成一个圆盘，然后进一步冷却，最终诞生出新的恒星。

随着恒星的衰老和消亡，最终会通过恒星风或超新星的形式将部分气体返回星系。当大质量恒星爆炸中死亡时，它们会加热周围的气体，防止气体迅速冷却，这一过程证明了天文学家所说的“反馈”：星系中的恒星形成因此是一个自我调节的过程。垂死的恒星产生热量，导致宇宙气体不容易被冷却形成新恒星，最终会阻止大量新恒星的诞生。

大多数星系都是盘状或螺旋状的，就像我们的银河系一样，可以称之为螺旋星系。但还有另一种形态完全不同的星系，这些巨大的星系看起来更像椭圆形或足球形，可以称之为椭圆星系。它们几乎没有那么活跃——已经失去了气体供应，不再形成新的恒星。这些星系中原有的恒星在无序的轨道上运行，逐渐使它们的形状变得更大、更圆。

这些椭圆星系的特征有两个：它们不再形成恒星，它们的形状也不同。

在20世纪初期，科学家们开展了宇宙间星系的调查，并对星系进行了基本的划分——一类是被大质量、年轻和短命恒星的蓝光照亮的年轻星系，另一类是静止的椭圆被低质量、古老的恒星的红光照亮的年老星系。

但是，随着后面的数字天空勘测（SDSS）等现代勘测研究开始记录数十万个星系，就逐渐ff发现了不太适合这两大分类的星系。很多的红色星系在形状上根本不是椭圆形，不知道什么原因，这些星系在没有显著改变其结构的情况下停止了新恒星的形成。与此同时，也发现一些外形是椭圆的蓝色星系，但它们发出蓝光，表明仍然有新的恒星诞生。

这两种特例星系——红色螺旋和蓝色椭圆——如何融入我们已经建立的对星系演化的科学描述体系里面呢？

研究作者 Kevin Schawinski 建立了Galaxy Zoo，并邀请了众多天文学家一起，对数百万星系的图像进行研究和分类。如果你登录Galaxy Zoo时，会看到星系的图像和一组与可能的分类相对应的按钮，以及识别不同类别的教程。

通过来自25万人协作和分类，100万个星系中通过图像被分类和分析。利用“群体智慧”效应带来的规模化识别能力，发现了许多不太常见的蓝色椭圆和红色螺旋星系。（上图中，蓝色星形成星系位于底部。红色星系位于顶部。绿色带是介于两者之间的过渡地带。）

通过上面的介绍，绿色区间（可以称之为“绿谷”）可以被看做是星系演化的十字路口。具有“绿色”或中间颜色的星系应该是那些正处在逐渐停止新的恒星形成过程的星系——可能这个过程只是在不久前（也许是在数亿年前）才刚刚停止的。

顺便说一下，“绿谷”这个词的起源实际上可以追溯到亚利桑那大学关于星系演化的演讲，当演讲人描述星系的颜色质量图时，观众中的一个成员喊道：“绿谷，银河系要去死了！”

当观察各种星系的消亡速度时，真正激动人心的时刻到来了。我们发现缓慢死亡的是螺旋星系，快速死亡的是椭圆星系。它们的进化和消亡路径必然是根本不同的。

想象一下，一个像银河系一样的螺旋星系，随着新的气体不断流入，将气体转化为一个个新的恒星。但随着偶然事件的发生，切断了外部新鲜气体的供应：也许是因为星系落入了一个巨大的星系团，在星系团炽热的内部气体切断了外部新鲜气体的供应，或者星系暗物质晕增长迅速，落入其中的气体被快速冲击加热，以至于无法冷却。无论如何，螺旋星系失去了新的气体输入，只剩下它内部储存的气体。

由于这些储层可能非常巨大，而且气体转化为恒星的过程非常缓慢，我们的螺旋星系可能会在这个状态下持续相当长一段时间，仍然有新恒星诞生，使星系整体看起来“充满活力”，而恒星形成的实际速率在数十亿年内会逐步下降。这意味着，当我们意识到一个星系正处于末期衰败时，“触发时刻”已经发生——在数十亿年前。（时间尺度上的巨大差异是这一切看起来）

仙女座星系是距离我们最近的这种大质量螺旋星系，根据最新研究，它位于绿谷，可能在亿万年前就开始衰落，其实它就是一个僵尸星系——已经“死亡”了，但仍在继续移动，仍在产生恒星，但与正常的星系相比，恒星的诞生速度有所下降。

确定银河系是否在绿谷——是否在走向死亡的状态中——更具挑战性，因为我们在银河系中，无法像测量遥远星系那样轻松地测量银河系。但即使这样，根据目前的数据，看起来银河系就在准备跌入绿谷的边缘，甚至银河系可能完全已经是一个“僵尸”星系了——在10亿年前就已经死亡了。

Kevin Schawinski - Swiss Federal Institute of Technology Zurich

如果未来银河系和仙女座星系撞在一起会怎么样

仙女星系 （ Andromeda Galaxy ; M31 ; NGC 224 ），是位于仙女座方位拥有巨大盘状结构的 旋涡星系 ，距离地球254万光年，是距银河系最近的大星系。

仙女星系和银河系同处于本星系群，直径 22万光年， 至少是银河系的1.6倍，是本星系群中最大的星系。据斯皮策空间望远镜的观测显示，仙女座星系有将近一万亿颗恒星，数量远比银河系多。银河系的质量大约相当于仙女座星系的50%。

然而，根据目前阶段的观测与分析，银河系可能正在与仙女座星系这个距离我们最近的螺旋星系“相向而行”，预计在未来30亿-40亿年的某个时刻，银河系和仙女座星系这两个本星系群中最大的星系将“走”到一起，并带来灾难性的后果，最后并合成一个新的椭圆星系。

这一碰撞过程中，一些恒星将被“扔出”银河系，其他将被在撞击合并中形成的超大质量黑洞摧毁。当这两个星系最终变成新的一个巨大的椭圆星系时，它们各自原本的巧妙螺旋结构将遗失殆尽（关于星系的螺旋结构和椭圆结构，请参看我的另一个短文：也许银河系早已“死亡”，只是身在其中的我们还没有意识到？）。

尽管这个过程这听起来是灾难性的，异常残酷，但却是 星系进化过程中的自然组成部分 。

天文学家已经知道这次即将发生的碰撞有一段时间了。这是基于我们的星系和仙女座星系的方向和速度。但更重要的是，在浩如烟海的宇宙空间中，星系的碰撞实在是一件稀松平常的事情。

以触须星系（ The Antennae galaxies ）为例，其实就是两个星系正在碰撞合并的过程中呈现出的形态。 在被称为NGC 4038群的集团中总共有5个星系，而正在碰撞中的两个星系被称为触须星系，由于碰撞中产生由恒星和气体尘埃组成的形状很像昆虫的触须而得名。这两个星系因为核心的相互结合，正处在形成超星系的过程中。

星系内部通过物质间的相互引力连接在一起，围绕着一个共同的中心运行。星系之间的相互作用非常普遍，尤其是巨型星系和卫星星系之间。这通常是由于两个星系彼此漂移得太近，以至于卫星星系的引力会吸引巨型星系的主旋臂。

碰撞可能导致星系合并，如果其中一个碰撞星系比另一个大得多，它将基本上保持完整并保持其形状，而较小的星系将被“吞噬”，变成较大星系的一部分。

这种碰撞相对比较常见，科学家们普遍认为，仙女座星系过去至少与一个以上的星系发生过碰撞。而目前，几个矮星系（如人马座矮球状星系）正在与银河系发生碰撞并合并到银河系中。

其实，“碰撞”这个词有点用词不当，因为星系极其广阔，其中物质的分布极为稀薄，这意味着在这个所谓的“碰撞”过程中，恒星或行星之间的实际碰撞是极不可能发生的。

1929年，埃德温·哈勃发现了观测证据，表明遥远的星系正在远离银河系。这促使他创立了哈勃定律，该定律指出，星系的距离和速度可以通过测量其 红移 来确定——也就是说，当物体离开时，物体的光会移向光谱的红端。

然而，对来自仙女座的光进行的光谱测量表明，它的光向光谱的蓝端移动（又称 蓝移 ）。这表明，与20世纪初以来观测到的大多数星系不同，仙女座星系正在向我们的银河系移动。

2012年，研究人员根据哈勃2002年至2010年追踪仙女座星系的观测数据，确定银河系和仙女座星系之间肯定会发生碰撞。根据对其蓝移的测量，估计仙女座正在以大约110公里/秒的速度接近银河系。

按照这个速度，它可能会在大约40亿年后与银河系相撞。研究还表明，三角星系M33——本星系群中第三大、最亮的星系——也将“参与”此次碰撞活动。很有可能，它最终会在围绕银河系和仙女座的轨道上运行，然后在晚些时候与新的“银仙座”椭圆星系相撞。

正如前面说的，在星系碰撞中，较大星系会完全吸收较小星系并将其“撕裂”，星系中的恒星可能会发生合并。但当星系的大小相似时——比如银河系和仙女座星系——近距离相遇会彻底摧毁两者的螺旋结构——这场相遇没有最终的赢家，两者最终会成为一个新的椭圆星系，我们姑且称之为“银仙系”，一个没有明显螺旋结构的巨大的星系。

因为星系碰撞会导致大量氢云聚集并被压缩，从而引发一系列引力崩塌，同时，也会导致星系过早老化，因为它的大部分气体都会转化为恒星。因此，这种相互作用也能触发少量新恒星的形成。

在这段疯狂的恒星形成期之后，星系仿佛耗尽了所有的力气。最年轻最热的恒星会以超新星的形式爆炸，剩下的只有更老、更冷的红星。这也是为什么巨型椭圆星系是星系碰撞的结果，有那么多古老的红星，而活跃的新恒星形成却很少。

尽管仙女座星系包含约1万亿颗恒星，银河系包含约3000亿颗恒星，但由于两颗恒星之间的距离巨大，因此在这1万3000亿恒星中，即使是两颗恒星发生碰撞的可能性也微乎其微。然而，这两个星系中心都包含超大质量黑洞，它们将在新形成的星系中心附近汇聚。

这种黑洞合并将导致轨道能量转移到恒星，在数百万年的时间里，恒星将被转移到更高的轨道。合并后的黑洞吸收的气体可能会在星系中心形成一个发光的类星体。同时，黑洞合并的影响也可能将导致某些恒星被“踢出”星系，形成超高速 流浪恒星 ，甚至会带走它们的行星。

读到这里，仰望星空，会使人的深深思索，意识会投射到更高的维度，引发沧海一粟的感慨。宇宙如此之大，星系间的相遇和碰撞也不过一件小事而已。如果银河系未来和仙女座星系相遇，会合并成新的星系，并且是发生在遥远的40亿年之后的事情了。