[비즈한국] 未来宇宙会发生什么？当然，天文学家并不是预言家。但基于我们目前掌握的物理定律在过去、现在以及遥远的未来都将同样适用的前提下，我们还是可以探讨一下宇宙未来的演变。例如，在大约40亿到50亿年后，太阳最终会膨胀变大，停止演化，留下行星状星云并消失。而在谈论宇宙的未来时，总有一个预测是必不可少的，那就是银河系将与邻近的仙女座星系发生碰撞，并融合为一个巨大的星系。
2008年，天文学家利用由130万个粒子组成的模拟实验，重现了银河系与仙女座星系之间相互施加引力的过程。研究结果显示，两个星系约在50亿年后会融合为一个巨大的椭圆星系。这一结论迅速被天文学界接受，如今，银河系将与仙女座星系碰撞的消息几乎已被视为既定事实。
然而，基于最新更新的观测结果，银河系的未来可能会走向完全不同的方向，这提出了一个令人震惊的可能性。简单来说，银河系或许根本不会与仙女座星系发生碰撞！
仙女座星系正快速向银河系靠拢的事实，早在很久以前就通过天文学家维斯托·斯莱弗（Vesto Slipher）的光谱观测为人所知。当时，斯莱弗发现仙女座星系的光谱向短波长方向偏移。这意味着两个星系正以接近110km/s的高速向彼此靠拢。换言之，这两个星系正被彼此的引力吸引，正在缓慢接近。
此后，近期的许多模拟研究都支持了两个星系最终将合并的预测。性急的天文学家甚至给这个预计在50亿至70亿年后形成的合并星系起了一个动听的名字——“米尔科米达”（Milkomeda，由银河系Milky Way和仙女座Andromeda的前后半部分组合而成）。
由于这在许多地方被视为理所当然的场景，这种预测显得非常自然。但事实上，预测银河系与仙女座星系最终的命运其实相当复杂。
首先，令人惊讶的是，天文学家至今仍无法准确得知银河系和仙女座星系的质量。要计算星系的准确质量，不仅需要考虑发光的恒星，还得包括充斥在星际空间中的暗物质。当然，暗物质是无法直接看见的。相反，我们需要通过那些被星系整体引力捕获并绕轨道运行的恒星运动，来推算捕捉这些恒星的星系引力强度，即星系的质量。
我们生活在银河系内，原以为测量银河系的质量易如反掌，但事实并非如此。反而有更难的一面，因为在银河系中，恒星和气体云密度极高，要分辨出每一颗恒星极其困难。至今，天文学家估算的银河系质量仍存在两倍左右的误差。
测量仙女座星系的质量也并非易事。距离仙女座星系约250万光年，这是一个非常尴尬的距离，说远也远，说近也近。虽然可以较好地分辨出仙女座星系周围的卫星星系或球状星团，但要观察单个恒星依然是难题。尴尬的是，天文学家至今无法确定银河系和仙女座星系到底谁更重。
之所以难以回答“米尔科米达”星系是否会形成，第二个原因在于环绕在每个星系周围的无数卫星星系的存在。卫星星系的质量虽然比中心的主星系小100到1000倍，但如果数量众多，就不能忽视。此外，卫星星系距离主星系仅数万至数十万光年。引力效应会随距离增加而迅速减弱，因此，相较于远在250万光年外的仙女座星系，这些相对靠近的卫星星系所产生的影响也不容小觑。
目前在银河系周围实际观测并确认存在的卫星星系约有60个。但天文学家估计，还有更多尚未被发现的卫星星系隐藏在暗处，数量可能在100到500个之间。这些卫星星系自然会影响银河系和仙女座星系的轨道。因此，如果不能将它们全部纳入考量，对银河系未来的预测就不可能完美。
目前，盖亚（Gaia）卫星不仅在追踪银河系内的恒星，还在追踪包括大麦哲伦星系在内的近邻卫星星系中恒星的运动。得益于盖亚致力于绘制周边数亿颗恒星精准的3D空间分布图和详细运动轨迹的卓越表现，我们比以往能更精确地展望周边恒星的未来。最近，天文学家根据盖亚的观测数据更新了信息，重新进行了精细的星系碰撞模拟。其结果非常引人入胜。
仅在设置银河系和仙女座星系的情况下进行模拟时，两者实际发生碰撞的可能性仅为50%！这听起来可能像是一个“可能碰撞也可能不碰撞”的不负责任的预测，但事实并非如此。此前，我们一直认为银河系与仙女座星系碰撞的可能性是100%。现在的预测值瞬间减半，这是一个巨大的变化。
不仅如此，天文学家在这次模拟中增加了一个较大规模的卫星星系——环绕仙女座星系运行的三角座星系。这是本星系群中第三大星系。因此，它的引力也会影响两大星系碰撞的可能性。加入三角座星系后，两者碰撞的可能性上升到了三分之二。
然而，当再加入环绕银河系运行的大麦哲伦星系时，碰撞可能性再次下降到50%左右。此外，即便在50%碰撞概率的情况下，预期的碰撞时间也被推迟到了80亿年后。与之前预测的40亿至50亿年内必定发生碰撞相比，无论是可能性还是预计发生的时间都大相径庭！
即使两个星系最终碰撞形成了“米尔科米达”星系，这一过程的时间点也将比原先预计的晚得多。到那时，太阳系很可能已经消失了。太阳将处于演化的末期，地球很可能已经被膨胀的太阳吞没。如果更新后的预测属实，我们甚至根本不需要担心银河系与仙女座星系碰撞时地球是否安全，因为那时地球可能早已不复存在了。
这不仅仅是预测一颗小石头何时坠落地球，而是要预测两个拥有数万亿颗恒星的庞大星系何时碰撞，甚至是否会碰撞，这极其困难。这也证明了我们的宇宙是多么敏感，命运会因为多么微小的变量而改变。银河系将来会与仙女座星系碰撞吗？过去我们能自信且笃定地回答，但现在，我们恐怕需要更谨慎地对待这个问题。
此前，我一直以研究星系碰撞与演化的天文学家身份进行自我介绍。我理所当然地认为，研究对象中自然包含银河系与仙女座星系这对“情侣”。但令人惊讶的是，我们或许正生活在一个与碰撞宿命相去甚远的星系中。也许，关于未来与仙女座星系碰撞会对太阳系造成何种影响的担忧，本身就是一种杞人忧天。
参考
https://academic.oup.com/mnras/article/386/1/461/978865?login=false#16953981
作者池雄培（Ji Ung-bae）是谁？他热爱猫与宇宙。童年时看过《银河铁道999》后，便萌生了将宇宙之美传播给大众的梦想。目前在延世大学星系演化研究中心及近宇宙学实验室从事星系相互作用演化研究，并开展讲座、撰写专栏等多种科学传播活动。著有《썸 타는 천문대》（暧昧天文台）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科学）等书。