2012年,天文学家宣布了一个惊人的结果:他们使用哈勃望远镜非常仔细地测量了仙女座星系的运动,发现它似乎以每秒100公里的速度接近银河系。他们预测,在大约40亿年后,这两个星系将发生碰撞,混乱将接踵而至。
2019年,对测量数据的更新表明,仙女座星系测向滑动的方向间比之前认为的要多一点,这将不可避免的碰撞推迟了大约6亿年。
但现在,利用最新数据发布的新结果表明,仙女座星系的横向移动还更快。如果这是真的,那么仙女座星系有可能完全错过银河系。
奇怪的是,虽然所有这些测量似乎相互矛盾,但实际上在某种程度上它们都是一致的。这里的问题是测量中的统计不确定性,因为涉及的数字非常小,非常难以确定。
仙女座星系和银河系是我们所谓的本星系群中最大的两个星系,本星系群由几十个大大小小的星系组成,它们都是靠各自的引力聚集在一起。因为仙女座和银河系是最大的星系,它们主宰决定着星系群的未来。如果两个最大的成员绕着对方做圆周运动,并且始终保持彼此之间的距离不变,那即使随着时间的推移,星系群也将基本保持不变。
但如果这两者相互碰撞,这将大规模地改变本星系群的结构。因为当巨大的星系发生碰撞时,它们将恒星和气体抛向各处,彼此扭曲成奇怪的形状,然后最终合并成一个更大的星系。
物体的速度可以分解为两个方向:它向你移动或远离你的速度(称为径向速度)和它向侧面移动的速度(称为横向速度)。如果物体有一定的速度朝向你,横向速度为0,那就得准备好迎接撞击。但如果它有横向速度是,那么它就会向你移动的同时向侧面移动。如果横向速度足够高,它就会与你错过。
测量仙女座星系的径向速度其实很简单,因为大自然提供了一种内置的方法来做这件事。当一个物体朝向你时,它的光会发生多普勒位移,波长会变短(我们称之为蓝移)。这可以通过测量星系的光谱来相对容易和准确地测量,其速度已经发现约为每秒100公里,或36万公里/小时。
但是它的横向速度是多少呢?这是关键问题。
这是非常难以测量的。仙女座星系距离我们250万光年,这是很长的一段距离——2500万万亿公里。不妨这样想:土星离地球大约有10亿公里,这已经很远了(卡西尼号航天器花了7年时间才到达那里)。想象一下去土星,然后再回到地球,这样重复10亿次。
恭喜你!你只走了去仙女座旅行的十分之一路程。
所以仙女座星系非常遥远,使得任何横向运动看起来都非常小,这意味着它很难测量。仅仅是测量它的恒星年复一年的微小位置变化就超出了大多数望远镜的能力。在上面提到的第一篇论文中,天文学家使用哈勃望远镜在5-7年的时间里进行了尽可能的精确测量,以测量仙女座星系向侧面移动的速度,并得到了17公里/秒的速度。这比100千米/秒的径向速度要小得多,所以不管怎么说,它都是朝我们飞过来的。
在这项新研究中,天文学家使用了来自盖亚太空望远镜的最新数据,它以令人难以置信的精度测量了超过10亿颗恒星的亮度、位置、运动和颜色。这个过程很复杂,但他们最终发现仙女座星系的横向速度约为82公里/秒。
这意味着仙女座座不会与我们碰面了。如果横向和径向速度大约相等(82非常接近100),那么这加起来仙女座的移动方向大约是40角,足以完全错过银河系。
那哪一个数据是正确的呢?
这些测量是非常棘手的,涉及很多不确定性。利用各种统计方法,天文学家可以为他们的发现数据赋予统计上的误差区间。例如,第一次使用哈勃进行测量时,其不确定性为正负34公里/秒。因此,实际测量值为17±34 km/sec。换句话说,它朝我们靠近的时候横向上-17到+51之间的任何速度(可以把它想象成从稍微向左偏向到更向右偏向)都是有可能的。
另外,根据统计学的工作方式,你不能排除任何在两倍不确定性范围内的速度,所以-51到+85的横向速度也是有可能的。
来自盖亚的新结果实际上是82±31公里/秒。所以它可以是51到113之间的任何数,并且不能排除20到144之间的数字。
注意哈勃和盖亚的测量数据在统计上也有重叠。哈勃数据的高端与盖亚数据的低端重叠。因此,尽管17和82的名义测量值似乎相差很远,由于很大的不确定性,我们不能排除任何一种可能性。
如果较低的数字是正确的,这实际上确定会发生碰撞,如果是高的那个数字,它会确定错过。
我们正试图测量恒星在一段时间内的表面运动。测量间隔的时间越长,它们的移动就越多,测量结果也就越确定。第一篇哈勃论文是在近十年前发表的,所以如果现在再重复的话,数字就会更可靠了。而且盖亚也还在进行观测。来自盖亚的最新数据预计将在2022年初发布,任务处理完毕后将再次发布数据,预计将比以前的数据准确得多。
所以再给天文学家几年的时间,这些数字应该会越来越准确。然后,希望我们能确切知道是在一个世纪还是四个世纪内,我们需要系好安全带来进行一次宇宙碰撞,还是看着仙女座在一百万或两百万光年远的地方安全地掠过我们。
耐心等待。
(独家编译:科幻世界)
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