銀河系和仙女座大星系已經開始進入合併過程

 仙女座星系（Andromeda galaxy, M31）是離銀河系最近的大型星系，大約250萬年遠。天文學家估計：由於仙女座星系正以每秒110公里的高速衝向銀河系，大約50億年後，這兩個星系將碰撞合併。所以，在M31逐步向銀河系靠攏的過程中，地球的天空景觀將漸漸地改變。不過AMIGA計畫（Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda）提出的最新研究結果顯示:其實不用等上幾十億年，因為這個合併過程已經開始了!

圖一：想像中數十億年後，仙女座星系直徑比滿月直徑還大6倍時的景象。 Original background shot of the moon by Stephen Rahn. Andromeda galaxy image via NASA. Composite photo by Tom Buckley-Houston.

AMIGA研究者利用哈伯太空望遠鏡取得的M31星系影像進行研究，在2020年初時就發現M31周圍有龐大的氣體暈。像M31和銀河系這類星系，周圍都有被氣體、塵埃、遊蕩的恆星和暗物質等包圍的結構，稱之為「星系暈（galactic halo）」。星系暈通常非常暗，肉眼極難察覺它們的存在；天文學家是透過M31後方極遙遠的類星體發出的光被其星系暈吸收的狀況來測量M31星系暈的大小。結果讓這些天文學家們相當驚訝，因為星系暈綿延到比先前已知的邊界還遠很多的地方，事實上，已經綿延到130萬光年遠，大約是M31到銀河系距離的一半左右，甚至在其他方向綿延得更遠，達200萬光年左右。

圖二：天文學家利用43個類星體（橘色圓點）所繪製出的仙女座星系氣體暈（紫色光暈）的範圍。Credits: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI)

那麼，這意味著銀河系和M31的星系暈已經短兵相接了嗎？由於我們身在銀河系中，很難去偵測到真正的銀暈範圍到哪裡，但因M31和銀河系的大小與外型非常相近，天文學家因而大膽的猜測銀河系的銀暈大小應該和M31星系暈相去不遠。若此為真，那麼，M31和銀河系的星系暈的確已經交鋒，換言之，銀河系和M31的碰撞合併事件其實已經開始拉開序幕。

隨著M31愈來愈靠近銀河系，它的視直徑（看起來的大小）就隨時間愈來愈大。圖一中顯現的M31視直徑已經是滿月直徑的6倍左右，不過實際看到的M31不會如上方影像中這麼明亮。下方圖三分解圖和影片根據哈伯測量結果和電腦模擬結果，描述M31和銀河系未來碰撞合併的一系列過程。這兩個星系合併後，最終將形成一個像足球一樣的巨型橢圓星系。而本星系群（Local Group of galaxies）裡除M31和銀河系外的另一個大型星系—三角座星系（Triangulum galaxy, M33），雖然不會與M31及銀河系也碰撞合併，但卻是M31與銀河系合併的關鍵推手。

圖三：銀河系與仙女座星系碰撞合併的模擬過程。Image via NASA/ ESA/ Z. Levay and R. van der Marel, STScI/ T. Hallas/ A. Mellinger.

第一行  左：現在。  右：20億年後，M31的盤面已經明顯易見。

第二行  左：37.5億年之後，M31看起來更大了。  右：38.5億年之後，合併過程引起的新恆星誕生相當頻繁。

第三行  左：39億年之後，恆星誕生現象持續，且更明顯。  右：40億年之後，M31和銀河都被潮汐力拉扯得扭曲變形了。

第四行  左：51億年之後，M31和銀河系原本的核心呈現為兩片亮斑。  右：70億年之後，合併過程完成，形成一個句型橢圓星系，其明亮的核心主宰了整個夜空的景觀。

宇宙各處都有星系合併的事件正在發生。天文學家透過大型望遠鏡觀察這些碰撞事件，或是它們的殘骸。發生碰撞合併事件時，星系本身只是單純的互相穿越，其他啥事都沒有；這是因為其實星系內的恆星與恆星彼此間的距離，和恆星的大小相較之下大得多了，所以恆星本身極少發生互撞的狀況，M31與銀河系的碰撞合併過程亦是如此。M31含有約1兆顆恆星，銀河系內則約有3000億顆恆星，在碰撞合併過程中，兩星系內的恆星會被拋進新的軌道，環繞合併後的星系核心公轉。

但，地球和太陽系內的其他天體呢？根據天文學家的推算，地球和其他太陽系天體應該不會被摧毀。那麼，地球上的生命會不會受到什麼影響呢？天文學家們認為，在M31和銀河系合併時，太陽早已演化到外層大氣開始向外膨脹的階段，所以其實太陽的光度絕對亮度在未來40億年間是逐步穩定上升的狀態，抵達地球的太陽輻射也會隨之增加。所以很可能40億年之後，地球表面溫度上升而導致溫室效應失控，形成如同金星那般表面熱到連鉛都能融化的狀態，當然，生命大概也很難在這種嚴酷環境中繼續存活了。

此外，我們的太陽也在演化中，它最終會演化成一顆紅巨星，大約距今75億年之後，最外層大氣擴散進入太空，席捲整個太陽系，地球也無法倖免於難。或許屆時，某些地球生物已經有能力進行太空航行，所以早已離開千瘡百孔的地球，甚至已經離開太陽系，踏上尋找下一個適居星球的旅途中。也或許，悲觀一點，在那時的地球生物已經全部滅絕，在宇宙深處其他地方中還有沒有別的生物誕生亦未可知。

資料來源：Earthsky, 2020.10.15