三个星系史诗级合并事件让我们一窥超级宏大的宇宙组成结构

　　什么时候5万光年只是一个很小的距离？当三个星系彼此非常接近时。在这个范围内，它们就会激烈地相互作用。

　　以这三个被称为“SDSSCGB 10189”的星系为例，它们相距5万光年，随着它们合并成一个大质量星系，它们的距离越来越近。

　　上图：在这张NASA/ESA哈勃太空望远镜拍摄的图像中，波特斯星座中壮观的三个合并星系占据了中心舞台。这三个星系被设定在碰撞的轨道上，最终将合并成一个更大的星系，在这样的一个过程中通过相互引力作用扭曲彼此的螺旋结构。一个不相关的前景星系似乎平静地漂浮在这一场景附近，背景中能够正常的看到更远的星系的模糊形状。

　　星系合并并不稀奇。哈勃望远镜捕捉到过许多星系正在合并的过程。我们自己的银河系也在这场游戏中，因为它慢慢地吸收了大小麦哲伦星云。我们的另一个邻居，人马座矮球状星系（SDSG），也在合并的过程中，它曾多次穿过银河系的圆盘，每次都会失去质量。

　　上图：这张基于盖亚数据的图像，显示了银河系的圆盘和人马座矮星系以及大小麦哲伦星云的位置。三者都在慢慢地与银河系融合。

　　虽然从技术上讲，这些都是合并，但它们更像是吸收，因为银河系比麦哲伦星云和SDSG大得多。即使在银河系吞噬了这三个星系之后，我们的星系看起来仍然没什么变化。

　　当三个大质量星系碰撞时，情况就不一样了，就像哈勃拍摄的图像中那样。合并后，它们将成为一个单一的大质量星系，可能是椭圆星系。但当它们合并时，它们会对彼此造成引力大屠杀，将气体尾流喷射到太空中，引发大范围的恒星形成。

　　天文学家研究星系合并，是因为它们会在宇宙中起着关键作用。现代宇宙包含大量巨大的星系，但科学家认为它们只是通过合并才变得这么大。（尽管JWST最近的根据结果得出，在宇宙最初的几亿年里，已经有一些巨大的星系。）

　　哈勃望远镜已经发现了两个大质量星系之间的大量合并。下面的蒙太奇图像蒙太奇来自哈勃极端环境和星系团成像探测器（HiPEEC），这是一项调查，调查了六个合并星系的极端环境下的星团形成。这些图像显示了星系对的合并。

　　上图：多年来，哈勃望远镜拍摄了许多合并星系的图像。星系合并是引发大量恒星形成的壮观事件。左上：NGC 3256；中上：NGC1614；右上：NGC4194，也称为美杜莎合并；左下：NGC 3690由一对星系组成，分别被称为IC 694和NGC 369，它们在大约7亿年前近距离掠过。下中：NGC 6052；右下：NGC 34。

　　三重星系的合并是罕见的，但哈勃望远镜仍然发现了一些。2022年2月，哈勃团队发布了一张“IC 2431”的图像，这是另一个遥远的合并星系，距离我们约6.82亿光年。图像的中心被尘埃遮蔽，但这三个星系仍然清晰可见，因为它们相互之间有引力作用。

　　上图：IC2431是另一个距离7亿光年的三星系合并。潮汐扭曲在这张照片中很明显，合并也引发了恒星的形成。

　　主要图像来自于对宇宙中质量最大、最明亮星系的理解。它们被称为最亮星系团（BCGs），它们是任何给定星系团中最亮的星系。一些 BCGs 的质量是我们太阳的1000亿倍，其中大多数是椭圆形的。BCGs 位于其宿主集群的运动学和几何中心。

　　星系合并将在很长一段时间内重组我们宇宙中的小角落。银河系和另一个大型螺旋星系仙女座一起属于本星系群。几十亿年后，这对星系将合并并形成一个单一的星系（可能被称为：Milkdromeda），本星系群还包含大约50个较小的星系和数千个球状星团。它被排列成哑铃状，银河系和它的子民们会在其中一个叶，而仙女座和它的子民则在另一个叶。

　　几百亿年后，本星系群中的所有天体将合并成一个巨大的椭圆星系。当哈勃发现三个星系合并时，它们只是这个史诗般的物质合并和结合过程的快照。它何时会结束？

　　上图：此图显示了本地组。银河系在中心，仙女座（M31）是最左边的红色星系。最终，这两个星系将和它们的所有卫星一起合并成一个巨大的椭圆星系。

　　人们很容易认为，物质会不断结合成慢慢的变大的团块。但这不会发生。引力是超级强大的，如果任其发展，它最终可能会把所有物质聚集在一起，形成一个超大的、超大质量的椭圆星系。但重力并不是超级强大的，也不是唯一的。

　　宇宙在暗能量的驱动下不断膨胀，暗能量是重力的平衡。在较小的尺度上，引力可以在宇宙中物质密度过高的区域发挥魔力。这种过度密度可以追溯到大爆炸时期。但在更大的尺度上，这些超密度被暗能量打败了。只要暗能量继续推动宇宙的膨胀，引力就永远都不可能取得最终的胜利。它永远不可能统一所有的物质。

　　我们的本星系群很大，但它仍然小到足以属于一个更大的结构 —— 室女座超星系团。宇宙中充满了这些超星系团，它们以一种网状的丝状和块状排列方式存在。它们真的很巨大，室女座超星系团的跨度约为1.1亿光年。在如此遥远的距离上，重力被严重削弱。它没能力重塑室女座这样的超星系团。

　　但事情并没有就此结束。我们大家可以进一步放大，看到室女座超星系团是另一个叫做“拉尼亚凯亚（Laniakea）”超星系团的结构的一部分。

　　上图：“拉尼亚凯亚（Laniakea）”超级星团，中心是我们的本地集团（蓝色）。

　　宇宙的持续膨胀就像重力在沙子上的一条线。它根本没办法克服它。宇宙的大尺度结构说明了原因。

　　上图：宇宙大尺度结构的图像，显示了宇宙结构中的细丝和空洞。距离如此之远，引力无法将所有这些物质聚集在一起。

　　当我们回到银河系时，相比之下，它似乎很小。就连哈勃望远镜拍摄的主要图像中的三重合并也显得微不足道，而且有数千亿颗恒星（甚至更多）参与了那次合并，谁知道还会有多少数万甚至数十万颗恒星因此而诞生。更不要说，试图去猜测所涉及的行星的数量，以及其中是否有生命存在。

　　当这三个星系最终合并成一个巨大的椭圆星系时，人类很可能已经不存在了。银河系和仙女座合并也是如此，甚至，那时地球也不在这里了，因为太阳可能在红巨星阶段已经把它吞噬了。

　　但对于我们这些活着的人来说，在不久的将来，我们大家可以用强大的太空望远镜凝视宇宙，看着宇宙的发展。

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