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银河系正在赶往一场宇宙大碰撞,终点其实早就定好了

有天晚上我在阳台上看星星,脑子里突然冒出一个问题:银河系会移动到哪里去? 这问题一出现就挥之不去,我们总说地球绕太阳转,太阳绕银河系中心转,但银河系本身呢?它是不是也在奔向某个地方?

查了一圈资料之后我才发现,银河系不仅真的在高速移动,而且它的目的地出人意料地明确,更让人后背发凉的是,它的速度——每秒大约600公里,这个数字太大了,大到我们在日常生活中完全没有参照物可以理解它。

图片位置:银河系在宇宙中高速运动的艺术示意图,背景是遥远的星系团,银河系像一个拖着旋臂的光点在前行。

我先说最直接的答案,然后再慢慢解释为什么是这个答案,银河系正带着我们,连同它周围的几十个星系小弟,一起朝着一个叫巨引源的方向狂奔,巨引源位于拉尼亚凯亚超星系团的中心区域,大致在矩尺座和半人马座的方向上,距离我们约1.5亿到2.5亿光年。

这个名字听起来就很夸张对吧?巨引源,英文叫Great Attractor,我第一次看到的时候觉得这完全像科幻小说里的设定,但它确实是天文学家通过大量观测计算出来的真实存在的东西。

怎么知道银河系在移动

这就要说到一个非常巧妙的发现过程了,天文学家在测量宇宙微波背景辐射的时候,注意到了一个奇怪的现象,宇宙微波背景辐射是大爆炸留下的余晖,均匀地充满整个宇宙,温度大约是2.725开尔文,按理说,如果我们在宇宙中静止不动,那么从各个方向测量到的微波背景辐射温度应该完全一样。

但实际测到的结果却不是这样。一边的天空比另一边稍微热一点点,另一边则冷一点点。 这个温差极其微小,大约只有千分之几度,但它揭示了一个惊人的事实:我们相对于宇宙背景在高速运动,朝着我们运动方向的那一侧天空,辐射被蓝移了,所以显得稍热;相反的方向则被红移,显得稍冷。

银河系正在赶往一场宇宙大碰撞,终点其实早就定好了

这个现象叫做偶极各向异性,通过这个温差,天文学家计算出太阳系相对于宇宙微波背景辐射的运动速度大约是每秒370公里,朝着狮子座方向,再扣除太阳绕银河系中心的运动,就能反推出银河系本身相对宇宙背景的速度——大约每秒600公里,方向指向长蛇座和半人马座之间的区域。

终点站:巨引源

沿着银河系运动的方向往前追溯,天文学家发现这个方向上存在一个质量极其巨大的引力源,有多巨大呢?它的质量大约是太阳的10的16次方倍,也就是1后面跟16个零那么多倍的太阳质量。

这个质量大到什么程度?大到它能拉着整个拉尼亚凯亚超星系团范围内的数万个星系一起朝它运动,巨引源本身并不是一个单一的天体,而是一个巨大的星系团密集区域,核心是矩尺座星系团,周围还聚集了大量其他星系团和暗物质。

不过有个很有意思的细节需要说清楚:银河系很可能永远也到不了巨引源,1990年代后期的观测发现,巨引源背后还有一个更大的结构,叫做沙普利超星系团,更重要的是,暗能量的发现彻底改变了我们对宇宙命运的理解,宇宙正在加速膨胀,而加速膨胀的力量正在与巨引源的引力拔河,在银何系到达巨引源之前,宇宙膨胀可能会把它们之间的距离拉得更远。

更大的图景:我们在宇宙中的位置

说到这儿,我觉得有必要把我们的宇宙地址整理一下,不然很容易迷失在这些距离和尺度里,我列了一个简表,从小往大来看我们在宇宙中的坐标:

天体层级 名称 直径/尺度
行星系统 太阳系 约0.001光年(以冥王星轨道计约120亿公里)
恒星所在星系 银河系 约10万到18万光年
本星系群 包含银河系、仙女座等50多个星系 约1000万光年
本星系群所在星系团 室女座星系团(我们在其外围) 约1.1亿光年
超星系团 拉尼亚凯亚超星系团 约5.2亿光年
超星系团复合体 双鱼-鲸鱼座超星系团复合体 约10亿光年

拉尼亚凯亚这个词来自夏威夷语,意思是广阔无垠的天堂,2014年天文学家布伦特·塔利和团队首次定义了这个结构,它包含了大约10万个星系,银河系在它的外围地带,像一个住在郊区的居民,正被整个区域的引力场缓慢地拉向中心。

银河系正在赶往一场宇宙大碰撞,终点其实早就定好了

还有一个更近的碰撞要先发生

在讨论银河系奔向巨引源的同时,有一个更紧迫的宇宙事件值得一提——银河系和仙女座星系的碰撞,这大概会在40亿年后发生。

仙女座星系目前距离我们约250万光年,它正以每秒约110公里的速度朝银河系靠近,两个星系的引力互相吸引,注定了它们会合并成一个更大的椭圆星系,有人已经给它取好了名字,叫银河仙女星系,有趣的是,尽管两个星系都包含了数千亿颗恒星,但恒星之间的空间实在太大了,实际碰撞过程中恒星直接相撞的概率几乎为零,太阳到时候可能被甩到新星系的外围去,地球如果那时候还在的话,夜空的样子会彻底改变。

图片位置:银河系与仙女座星系未来碰撞路径的模拟图,显示两者在引力作用下逐渐靠近、最终合并的过程。

运动的相对性让这件事变得很微妙

写到这里我突然想到一个问题,前面说的那些速度——每秒600公里、每秒370公里——都是相对于什么来说的呢?这个问题其实特别重要。

银河系朝着巨引源的运动是相对于宇宙微波背景辐射参考系来定义的,在这个参考系里,我们可以说银河系在"真正地"运动,但从另外一个星系的角度来看,银河系的运动速度和方向就完全不一样了,比如相对于仙女座星系,银河系正以每秒110公里的速度靠近它,相对于遥远的类星体,速度又是另外一个数值。

宇宙中没有绝对静止的东西,也没有绝对的速度,所有运动都是相对于某个参考系而言的,宇宙微波背景辐射恰好给了我们一个宇宙级别的自然参考系,让我们可以描述银河系在整个可观测宇宙中的运动状态,这就像在大海上,微波背景辐射是海水本身,我们在海水中航行,终于有了一个可以参照的东西。

银河系正在赶往一场宇宙大碰撞,终点其实早就定好了

这件事为什么让人着迷

我琢磨这件事的时候,有一种很奇特的感觉,我们站在地球上,感觉一切都稳如磐石,脚下的地面不动,头顶的星空每晚都按固定路线运行,但实际上地球在自转,赤道上的线速度高达每秒465米,地球绕太阳公转,速度是每秒30公里,太阳带着整个太阳系绕银河系中心运转,速度是每秒220公里,而银河系本身又在宇宙中以每秒600公里的速度飞驰。

这些运动叠加在一起,我们每个人其实都在宇宙中划出一道无比复杂的螺旋线,只是尺度太大了,大到我们的感官完全无法察觉,每次想到这个,我都觉得人类的渺小和宇宙的壮丽以一种特别具体的方式展现在眼前。

巨引源的方向大约在南天球的天空,矩尺座、半人马座和长蛇座交界的那一带,那里用肉眼看去并没有什么特别的,就是一片普通的星空,但在那片看似普通的星空背后,藏着一个正在用巨大引力拉动数万个星系的神秘区域,它的引力范围覆盖了5亿多光年,银河系不过是它引力之网中一条不起眼的鱼。

天文学家至今对巨引源内部的细节了解有限,因为那个方向恰好被银河系自身的银盘遮挡了一部分,我们银河系的中心区域布满了尘埃和气体,像一层面纱遮住了背后的景象,还好X射线和红外波段的观测能够穿透一部分遮挡,让我们逐渐看清巨引源的真面目,那里确实密布着大量星系团,质量集中程度远超周围区域,完全足以产生观测到的引力效应。

暗能量的发现让银河系的这场长途旅行有了一个出人意料的结局,1998年,两个独立的天文学团队通过观测遥远的超新星发现宇宙膨胀不是在减速,而是在加速,这个发现后来获得了诺贝尔物理学奖,加速膨胀意味着宇宙中弥漫着一种神秘的排斥力,它正在对抗引力的聚拢趋势,银河系虽然还在朝着巨引源的方向飞奔,但巨引源本身正被宇宙膨胀推得越来越远,就像你朝着一列正在加速驶离站台的火车奔跑,也许永远追不上。

所以银河系最终的归宿可能并不是到达巨引源,而是在几十亿年后的某一天,和仙女座星系合并之后,继续在一片加速膨胀的宇宙中漂流,那时候,遥远的星系会一个接一个地从视野中消失,因为它们远离我们的速度超过了光速,它们的光再也无法抵达我们这里。

写到这里我抬头又看了一眼窗外的夜空,肉眼能看到的恒星其实都在银河系内部,最多不过几千光年远,和巨引源那两亿光年的距离比起来,我们看到的星空狭窄得就像从钥匙孔里看出去的一小片世界,但这已经很了不起了,毕竟就是靠着这一小片钥匙孔,我们硬是拼出了银河系在宇宙中飞驰的完整图景,想想也挺不可思议的。

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