銀河系曾與仙女座星系碰撞過？

銀河系最終的命運早已確定。現離我們約有250萬光年的仙女座星系正以每秒300多千米的速度標的目的銀河系駛來。年夜約再過40億年，兩個星系會發生碰撞。那時，星系內很多恒星、行星和星云會被甩離原星系，而一些星云的碰撞也會催生出一批新的恒星。幸存下來的恒星、行星和星云將會構成一個更年夜的橢圓星系。

上面描述的是銀河系災難性的將來。但你想不到的是，銀河系似乎在曩昔就曾與仙女座星系發生過一次碰撞。這是怎么回事呢？

奇異的矮星系分布

這個問題起首是從一個小問題起頭的：環繞銀河系的那些很小的星系，即矮星系，有著奇異的空間分布。

事實上，早在20宿世紀70年月，就有天文學家指出，環繞銀河系的矮星系并不是隨機分布的，看起來仿佛是某些工具把它們拉到特心猿意馬的位置上，可能是一個更年夜的星系解體留下的碎屑流。但矮星系分布問題逐漸被人們蕭瑟，因為在那時，大師一窩蜂地都去研究暗物質了。

此刻，天文學家認為，在早期宇宙中，初始的暗物質分布存在著細小的不平均性，在自身的引力感化下，暗物質在初始密度高的處所堆積，最終發生坍縮，并把四周通俗物質也卷入進去，最終形當作了扭轉的盤狀物質——星系。

按照上面的理論做出的計較機模擬，與天文學不雅測的成果很合適。所以我們相信，年夜大都的星系都“鑲嵌”在一團暗物質暈傍邊。

?但這些模擬表露出一個問題：按理說，當暗物質坍縮為一團暗物質暈時，在四周會留有一些小的暗物質碎塊，這些碎塊會捕捉通俗物質，最終在母星系四周形當作矮星系，這些矮星系應該是隨機形當作的。但令人尷尬的是，比來所做的不雅測顯示，銀河系四周的矮星系并不是隨機分布的：這些矮星系組成了一個環狀布局，并且這個環地點的平面與銀河系的盤面夾角年夜致為直角。

很多天文學家對上面的小尷尬不覺得然。也許，只是因為我們還沒看到所有的矮星系罷了。可是，來自德國的天文學家還研究了銀河系四周其他天體，包羅球狀星團（比矮星系小的球形恒星調集）和恒星流（由浩繁恒星構成的鏈狀布局，被認為是矮星系割裂后形當作的）。他們發現這些天體的分布也與矮星系的近似。

意想不到的碰撞

為領會釋這一切，一些天文學家們提出了一個驚宿世駭俗的不雅點——這可能是星系間的碰撞發生的碎片。于是，他們進行了計較機模擬，成果表白銀河系的矮星系簡直有可能是因星系碰撞發生的。

不外，是誰曾在曩昔與銀河系交手過？

天文學家們始終沒有找到合適的候選者，直到2013年，來自法國斯特拉斯堡天文臺的不雅測成果顯示，仙女座星系四周的矮星系也有著近似的環狀布局。仙女座星系盤上方的矮星系在遠離我們，而下方的矮星系在接近我們，表白這些矮星系是處在一個扭轉的環形布局中。別的，這個環形布局所處的平面與銀河系的年夜致都在一個平面上。這一切似乎都在說，這兩個星系曾發生過碰撞。

這怎么可能呢？即使把假心猿意馬的暗物質都考慮進去，仙女座星系與銀河系也沒有足夠的質量，或者說足夠的引力，在曩昔實時拉到一路來發生一次碰撞。

所以，這是一個僵局，除非引力自己存在著問題。

點竄引力

牛頓和愛因斯坦的理論都假心猿意馬，引力的強度與兩個物體之間距離的平方當作反比。顛末300多年的摸索，我們發現這個理論在太陽系內簡直是當作立的。但在太陽系外呢？我們從來沒有在更年夜的標準下進行過測試。

其實，引力在各個處所的表示并不是一樣的，這種不雅點早在上個宿世紀80年月就提出過，為的是替代暗物質模子。這種理論叫做批改牛頓動力學。

批改牛頓動力學是說引力場在相對較弱的環境下，其強度不與距離的平方當作反比，而是跟著距離的增添衰減得加倍平緩。按照這種引力理論，仙女座星系與銀河系之間的引力比傳統計較的要年夜得多。

2014年，一些天文學家顛末闡發發現，若是批改牛頓動力學是準確的，那么銀河系和仙女座星系就有足夠的引力在70億到110億年前，發生過一次碰撞。

盡管我們從來沒有檢測過引力強度在很弱的引力場下事實如何，可是很多物理學家都不喜好去點竄引力理論。別的，批改牛頓動力學不是全能的，在很多星系或星系團中，我們仍然需要有暗物質的存在，來把這些天體內的物質都聚在一路。

總之，批改牛頓動力學無法完美解決問題。

超流體暗物質

一些美國物理學家提議，還可以用“超流體暗物質”解決此問題。

超流體，是一種處在玻色-愛因斯坦凝集態的物質。玻色-愛因斯坦凝集態是一個與固體、液體和氣體完全分歧的物質狀況，是某些原子一旦低于特心猿意馬的溫度時，它們的行為如統一個單一的原子，并且內部物質流動時是沒有阻力的。當溫度上升時，它們很快會恢復到正常狀況。

若是暗物質粒子可以進入玻色-愛因斯坦凝集態，那么就可以解決很多問題。在相對較弱的引力場下，暗物質移動遲緩，溫度很低，它會進入玻色-愛因斯坦凝集態，因為行為如統一個單一的粒子，意味著其質量或能量是平均分離到它所存在的規模里，時空彎曲得會加倍平緩，發生了近似批改牛頓動力學中的引力。如許一來，銀河系和仙女座星系就能有機遇在曩昔發生過一次碰撞。

那么，為什么我們沒有在太陽系內察覺到這個現象？

因為我們身邊有個太陽。太陽系內是一個引力場較強的處所，暗物質無法在這里進入玻色-愛因斯坦凝集態。每個銀河系的恒星四周也是如許。不外，我們的星系以及所有其他的星系之間，距離很遠，所以在整個銀河系中，超流體暗物質仍占本家兒導地位。

此刻，這些物理學家正操縱計較機模子來研究超流體暗物質若何影響星系的碰撞，然后再去找哪些天文學不雅測可以驗證此理論，以及還籌辦在嘗試室中尋找有哪些低溫下的原子會發生近似的結果。若是有的話，也許我們可在嘗試室頂用冷原子氣體來模擬星系。