揭開仙女座星系的面紗

天文學家對仙女座星系的研究越是深入，等待他們的驚喜也就越多。如今世人終於能看清銀河系這位鄰居的模樣，它不僅令人大感驚奇，還顛覆了我們對銀河系的認識。

地球人一直都在遙望仙女座星系。它就像一個在天空中閃耀著的巨大圓盤，其角直徑差不多是滿月的6倍，極為引人注目。

受巨大星協滋養。仙女座星系被總體積 10 倍於己身的恆星與氣體所環繞。加法夏望遠鏡 2008 至2014 年的觀測顯示，仙女座星系的這團暈裡充滿著宏偉的星協，其中有一個“巨星協”尤為顯眼

公元964年，一位波斯天文學家首次對仙女座星系進行描述，將其形容為“一塊模糊斑點”；1612年，一位德國天文學家首次將望遠鏡對準仙女座，並觀察到一道“蒼白的光”，並且它“越往中心越亮，就像模糊的燭火”；

“恆星天文學之父”威廉·赫舍爾（William Herschel）稱其為“大星雲”；而對哲學大師伊曼努爾·康德（Emmanuel Kant）來說它是一個“宇宙島”……不，“是一個星系！”美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）於1920年代下了定論。

年輕恆星的搖籃。2015 年，對仙女座星系盤中心的探測顯示，那裡的恆星十分年輕：其中一半恆星還不到30 億歲，就像是當年有什麽事件引爆了一波造星運動。

通過對仙女座星系的觀察，人類才意識到銀河系不是無垠的，還存在著大量與銀河系相似的其他星系。

星表編號為M31的仙女座星系是天文學家迄今研究最多的星系，也是唯一能被完整且清晰觀測到的星系——或許正是因為對仙女座星系的熱忱不亞於銀河系，學界一度不再指望能挖掘出新的內容。

恆星四處亂竄。由仙女座全景考古巡天描繪的迄今最完整的星系恆星圖，展示了一個星群交織的複雜網絡。而斯皮策空間望遠鏡的探測結果則表明，那些超過 20 億歲的恆星呈現出不規則的運動軌跡，其運動範圍與圍繞仙女座星系中心公轉的範圍大致相當。

不過最近幾年，驚喜紛至遝來：雙核星系、巨型核球、過度活躍的“恆星搖籃”、神秘的巨大星協……仙女座星系的新貌以出人意料的方式呈現在世人眼前。“令我們刮目相看了。”法國斯特拉斯堡天文台星系專家皮埃爾-阿蘭·杜克（Pierre-Alain Duc）承認。

而令天文學家改變看法的正是以下功臣：斯隆數字巡天（SDSS）、加法夏望遠鏡（CFHT）、泛星計劃（Pan-STARRS）、仙女座全景考古巡天（PAndAS）、仙女座大星系哈勃全色影像國庫項目（PHAT）、斯皮策大天區超級焦點照相機巡天計劃（SPLASH）……

外圍有恆星環包裹。斯皮策空間望遠鏡的紅外攝影頭髮現，在紅外光視野下，仙女座星系面貌煥然一新：它被一個奇怪的恆星環所圍繞。

10年來，這些全世界最先進的天文望遠鏡以及深度探測項目對一個又一個的恆星進行計算。它們最終向世人揭示，仙女座星系與銀河系毫無共同之處。

仙女星系才是典型？

“過去50年裡，人們一直認為銀河系和仙女座星系就像一對雙胞胎。如今我們方才明白，要找到兩個差異如此之大的旋渦星系實屬不易。”法國斯特拉斯堡天文台參與了多次相關探測的羅德裡戈·伊巴塔（Rodrigo Ibata）總結道。

“仙女座星系可以說是一個反銀河星系。”法國巴黎天文台仙女座星系專家弗朗索瓦·哈默（François Hammer）補充說。問題隨之而來：為何在相同環境下形成的兩個星系卻有如此巨大的差異？

66 億年前

回溯歷史或許可以找到答案：不穩定的恆星、雙核系統以及星協都說明，銀河系這位龐大鄰居的演變之路十分坎坷。哈默帶領的中法研究小組不久前對這個想法進行了驗證。由於數據太多，研究過程並非一帆風順。“觀測數據甚至比參數還多，這在天體物理學中非常罕見。”他解釋道。

65 億年前

因此，天體物理學家必須先忽略部分數據以便進行首次模擬，然後再使用另一組數據來實現第二個模型……不斷重複，直到能夠整合結論並模擬出一個確切的演變情景。“光是描述2400萬個粒子的數據便多達1TB。”哈默計算道，“僅僅一個星系懸臂就需要模擬200次！”

60 億年前

基於模擬出的仙女座星系的演變歷程，天文學家得以首次解釋近年來所觀測到的不尋常現象。根據模擬，仙女座星系在30億甚至20億年前尚不存在。它所處的位置是兩個互相牽引旋轉的小型星系。不斷碰擦使它們終於互相撞擊。而這次災難性碰撞誕生了如今的仙女座星系。

30 億年前

兩者之中較小的星系解體後形成了一個巨大的星協，而較大的那個則產生了散布在整個星系中的星團。這次撞擊解釋了恆星的亂竄以及巨星協的出現。“我們重現出了一切！核球、懸臂、星系盤、恆星環……所有觀測到的內容。”哈默滿意地表示。

29 億年前

或許可以就此定論：仙女座星系之所以顯得雜亂是因為它形成於一次碰撞，而正因如此仙女座才成為了一個……典型星系！“銀河系才是非典型星系！”羅德裡戈·伊巴塔強調，“在進行遠距離觀察時，我們注意到星系的碰撞隨處可見。”而銀河系的化學成分與結構則顯示，它至少在100億年內沒有受到過重大撞擊……

23 億年前

與我們近鄰的仙女座星系由此證明了星系的形成模式：起初都是些小星系，然後才在與同類星系的不斷撞擊中逐漸變大。“在此之前，我們所掌握的信息還很粗略：可供近距離觀測的樣本太少；而在遠距離上，儘管星系碰撞隨處可見，且有統計數據，但精度欠佳。”羅德裡戈·伊巴塔解釋道，“仙女座星系將幫我們解開星系的形成之謎！”

22 億年前

而仙女座星系可能還留有一個巨大驚喜。一直以來，研究人員認為，銀河系與仙女座星系的命運緊密相連：40億年後，兩個星系或許會相遇並發生撞擊，太陽及其行星都會在這場宇宙浩劫中被推向遙遠的星系際空間。為了得到確切結果，天文學家還需要突破難關，獲得最後一項測量數據：仙女座星系的絕對運動速度。

16 億年前

人們曾認為這種切向速度弱到可以忽略不計，且原先的預測認為仙女座星系和銀河系會徑直相撞。然而一項基於“蓋亞”空間望遠鏡觀測數據的新近估算結果卻顯示，仙女座星系的絕對運動速度可達57千米/秒。

這意味著它與銀河系的碰撞時間將晚於原本的預測。甚至有天文學家認為，兩個星系或許根本打不上照面！

終於只剩下最後一個謎團，一個莫大的謎團。

撰文 Mathilde Fontez

編譯 陳天涵