發(fā)現(xiàn)星系碰撞

美國航天航空局的彈頭式太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)將它的紅外線眼睛對準(zhǔn)了一個(gè)正在發(fā)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(yùn)含著許多新生命的誕生。正在互相融合，就像牛奶與水?dāng)嚢柙谝黄鹨粯?。彈頭式望遠(yuǎn)鏡的紅外線可以穿透塵埃發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆新星，它出現(xiàn)在兩個(gè)星系發(fā)生碰撞的地方。通過望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們知道了發(fā)生碰撞的兩個(gè)星系中出現(xiàn)的新星大多位于兩個(gè)星系碰撞的交疊處。

2004年9月，歐洲XMM-牛頓天文臺的天文學(xué)家們觀測到了有記錄以來規(guī)模最大的一次星團(tuán)碰撞。在兩個(gè)發(fā)生碰撞的星團(tuán)中，其中一個(gè)由近千個(gè)子星系組成，另外一個(gè)中也包含有約300個(gè)子星系。兩個(gè)星團(tuán)均位于長蛇座，距離太陽系大約有8億光年。不過星團(tuán)間發(fā)生的碰撞可一點(diǎn)也不像公路上時(shí)常出現(xiàn)的汽車相撞事故：單個(gè)星體在星系總質(zhì)量中所占的比重均非常微小，在發(fā)生碰撞時(shí)，它們會相互滲透、融合，并會聚成一個(gè)嶄新的較大星團(tuán)。在浩瀚的宇宙中，星系間發(fā)生碰撞的情況并不罕見，但像這次同時(shí)出現(xiàn)數(shù)百個(gè)星系相互滲透、碰撞區(qū)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(dāng)普遍，也是星系演化的關(guān)鍵。但星系碰撞帶來的不是只有毀滅，還有新生!斯匹策望遠(yuǎn)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(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種極亮紅外星系。1980年，美國、英國、荷蘭合作發(fā)射的紅外天文衛(wèi)星首次探測到極亮紅外星系的強(qiáng)烈紅外輻射，它比銀河系的紅外輻射強(qiáng)100倍以上。天文學(xué)家估計(jì)，這些很亮的紅外光是由于星系相互碰撞時(shí)，塵埃物質(zhì)將碰撞中產(chǎn)生的新生恒星的光叢吸收并再輻射所致。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在近3年的時(shí)間里對30億光年內(nèi)的123個(gè)極亮紅外星系進(jìn)行搜索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(xué)家們看到了宇宙進(jìn)化順序中的最終階段——小的碎片相互結(jié)合形成更大的天體。大量物質(zhì)從星系的裂縫中出來，形成很長的隊(duì)列，物質(zhì)收縮形成的多重核擠在一起，有時(shí)還可以看到星系相互結(jié)合的“巢”。這一結(jié)果表明了宇宙早期的樣子，那時(shí)的星系碰撞經(jīng)常發(fā)生，因而誕生出許多新的恒星。

1990年4月24日，發(fā)射升空的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡向地球傳送回編號為AM0644-741環(huán)狀星系的獨(dú)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?？瓷先ハ褚粭l鉆石項(xiàng)鏈的AM0644-741星系由年輕而又非常熾熱的恒星環(huán)組成，其直徑為15萬光年。該環(huán)狀星系是由兩星系碰撞而形成的，碰撞時(shí)其中一個(gè)星系恰好從另一個(gè)星系平面中穿過。巨大無比的引力沖擊改變了星系的結(jié)構(gòu)，迫使氣團(tuán)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(yuǎn)鏡拍攝的淺藍(lán)色項(xiàng)鏈。

環(huán)狀星系是星系間碰撞觸發(fā)大量恒星形成進(jìn)而改變星系結(jié)構(gòu)的生動范例。它們代表了一類特殊的碰撞，一個(gè)星系(入侵者)徑直穿過另一個(gè)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(gè)個(gè)“恒星制造機(jī)”，在歷經(jīng)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(jīng)過幾億年的時(shí)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(wèi)星觀測到明顯是從遙遠(yuǎn)星系傳來的一次激烈的能量爆發(fā)，這是首次觀測到的兩顆中子星激烈的碰撞。這顆人造衛(wèi)星名叫斯威伏特，它傳來的信息很快被傳達(dá)給地面天文工作者，隨后展開了數(shù)小時(shí)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(fèi)解的巨型射線爆發(fā)，這些爆發(fā)被稱為伽馬射線爆發(fā)。天文學(xué)家們目前可以肯定“長爆發(fā)”，即歷時(shí)幾秒到幾分鐘的伽馬射線爆發(fā)，是巨星燃盡，它們致密的核塌縮導(dǎo)致星體爆發(fā)并在形成黑洞的過程中產(chǎn)生的；而“短爆發(fā)”，即不足1秒的伽馬射線爆發(fā)，產(chǎn)生的原因始終是個(gè)謎。

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

斯威伏特研究組的負(fù)責(zé)人內(nèi)爾·基羅認(rèn)為，觀測到的光斑出現(xiàn)的位置正是天文學(xué)家預(yù)測可能觀察到中子星碰撞的地方。然后，或許在數(shù)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(dǎo)致黑洞轉(zhuǎn)向

在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一份報(bào)告指出，x形射電星系內(nèi)存在能夠突然翻轉(zhuǎn)的大質(zhì)量黑洞，這種現(xiàn)象可能是由于吸收了其他星系的黑洞而造成的。

大多數(shù)星系中都存在著特大質(zhì)量的黑洞，其質(zhì)量可達(dá)太陽質(zhì)量的數(shù)百萬或數(shù)十億倍。人們認(rèn)為其中最活躍的旋渦在吞噬氣體和恒星時(shí)，會以可怕的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。吸入的物質(zhì)旋轉(zhuǎn)形成了一個(gè)向太空中強(qiáng)烈噴射能量的巨型盤狀物。調(diào)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(xué)家認(rèn)為，這些特征代表著中心黑洞的運(yùn)動，與地球自轉(zhuǎn)軸隨時(shí)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(zhuǎn)之處發(fā)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(xué)的天體物理學(xué)家大衛(wèi)·米瑞特和他的合作者、澳大利亞望遠(yuǎn)鏡設(shè)備中心的射電天文學(xué)家羅恩·埃克斯指出：“它不得不翻轉(zhuǎn)。”最可能的機(jī)制就是：在一次星系撞擊中，另一個(gè)大質(zhì)量黑洞到達(dá)了此處。根據(jù)他們的模型，一個(gè)質(zhì)量至少達(dá)到其同伴質(zhì)量20％的外來黑洞將會打破主要黑洞的平衡——無論它的轉(zhuǎn)速有多快。

加州大學(xué)圣芭芭拉分校的天體物理學(xué)家思考特·哈格思是一項(xiàng)即將完成的獨(dú)立分析項(xiàng)目的合作者，他得出了類似的結(jié)論：“如果沒有另一個(gè)像黑洞那樣大質(zhì)量的物體撞擊它，讓質(zhì)量極大的黑洞發(fā)生扭轉(zhuǎn)確實(shí)非常困難?！泵兹鹛睾桶？怂构烙?jì)，一個(gè)典型的巨大星系每10億年將會經(jīng)歷一次令黑洞翻轉(zhuǎn)的撞擊——這足以令宇宙中每年發(fā)生一次此類事件。

銀河的未來

在大多數(shù)情況下，星系碰撞不會直接發(fā)生，且只是損失一些星系外部的恒星，它們被強(qiáng)大的引力牽扯走，然后被拋擲到太空，留下星系內(nèi)部的恒星浸淫在星系間的星海里。若碰撞直接發(fā)生，結(jié)果會很戲劇化：兩個(gè)旋渦星系相撞，氣體圓盤被強(qiáng)烈的震撼力驅(qū)逐到空間里，然后合并成更大更亮的星系，即形成一個(gè)不具氣體物質(zhì)的橢圓星系。宇宙中的棒漩星系、不規(guī)則星系都是幾個(gè)星系碰撞或相互影響的產(chǎn)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(xù)吞食比它們小很多的星系。

天文學(xué)家通過觀測星系的相撞，預(yù)示了人類所居住的銀河系死亡時(shí)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(gè)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?？茖W(xué)家預(yù)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(dǎo)致銀河系以及其中的太陽系包括地球的完全毀滅?？茖W(xué)家形容說，銀河系就像將被推土機(jī)碾過的草屋一般，形骸無存。