[비즈한국] 未來宇宙會發生什麼？當然，天文學家並不是預言家。但基於我們目前掌握的物理定律在過去、現在以及遙遠的未來都將同樣適用的前提下，我們還是可以探討一下宇宙未來的演變。例如，在大約40億到50億年後，太陽最終會膨脹變大，停止演化，留下行星狀星雲並消失。而在談論宇宙的未來時，總有一個預測是必不可少的，那就是銀河系將與鄰近的仙女座星系發生碰撞，並融合為一個巨大的星系。
2008年，天文學家利用由130萬個粒子組成的模擬實驗，重現了銀河系與仙女座星系之間相互施加引力的過程。研究結果顯示，兩個星系約在50億年後會融合為一個巨大的橢圓星系。這一結論迅速被天文學界接受，如今，銀河系將與仙女座星系碰撞的訊息幾乎已被視為既定事實。
然而，基於最新更新的觀測結果，銀河系的未來可能會走向完全不同的方向，這提出了一個令人震驚的可能性。簡單來說，銀河系或許根本不會與仙女座星系發生碰撞！
仙女座星系正快速向銀河系靠攏的事實，早在很久以前就透過天文學家維斯托·斯萊弗（Vesto Slipher）的光譜觀測為人所知。當時，斯萊弗發現仙女座星系的光譜向短波長方向偏移。這意味著兩個星系正以接近110km/s的高速向彼此靠攏。換言之，這兩個星系正被彼此的引力吸引，正在緩慢接近。
此後，近期的許多模擬研究都支援了兩個星系最終將合併的預測。性急的天文學家甚至給這個預計在50億至70億年後形成的合併星系起了一個動聽的名字——“米爾科米達”（Milkomeda，由銀河系Milky Way和仙女座Andromeda的前後半部分組合而成）。
由於這在許多地方被視為理所當然的場景，這種預測顯得非常自然。但事實上，預測銀河系與仙女座星系最終的命運其實相當複雜。
首先，令人驚訝的是，天文學家至今仍無法準確得知銀河系和仙女座星系的質量。要計算星系的準確質量，不僅需要考慮發光的恆星，還得包括充斥在星際空間中的暗物質。當然，暗物質是無法直接看見的。相反，我們需要透過那些被星系整體引力捕獲並繞軌道執行的恆星運動，來推算捕捉這些恆星的星系引力強度，即星系的質量。
我們生活在銀河系內，原以為測量銀河系的質量易如反掌，但事實並非如此。反而有更難的一面，因為在銀河系中，恆星和氣體雲密度極高，要分辨出每一顆恆星極其困難。至今，天文學家估算的銀河系質量仍存在兩倍左右的誤差。
測量仙女座星系的質量也並非易事。距離仙女座星系約250萬光年，這是一個非常尷尬的距離，說遠也遠，說近也近。雖然可以較好地分辨出仙女座星系周圍的衛星星系或球狀星團，但要觀察單個恆星依然是難題。尷尬的是，天文學家至今無法確定銀河系和仙女座星系到底誰更重。
之所以難以回答“米爾科米達”星系是否會形成，第二個原因在於環繞在每個星系周圍的無數衛星星系的存在。衛星星系的質量雖然比中心的主星系小100到1000倍，但如果數量眾多，就不能忽視。此外，衛星星系距離主星系僅數萬至數十萬光年。引力效應會隨距離增加而迅速減弱，因此，相較於遠在250萬光年外的仙女座星系，這些相對靠近的衛星星系所產生的影響也不容小覷。
目前在銀河系周圍實際觀測並確認存在的衛星星系約有60個。但天文學家估計，還有更多尚未被發現的衛星星系隱藏在暗處，數量可能在100到500個之間。這些衛星星系自然會影響銀河系和仙女座星系的軌道。因此，如果不能將它們全部納入考量，對銀河系未來的預測就不可能完美。
目前，蓋亞（Gaia）衛星不僅在追蹤銀河系內的恆星，還在追蹤包括大麥哲倫星系在內的近鄰衛星星系中恆星的運動。得益於蓋亞致力於繪製周邊數億顆恆星精準的3D空間分佈圖和詳細運動軌跡的卓越表現，我們比以往能更精確地展望周邊恆星的未來。最近，天文學家根據蓋亞的觀測資料更新了資訊，重新進行了精細的星系碰撞模擬。其結果非常引人入勝。
僅在設定銀河系和仙女座星系的情況下進行模擬時，兩者實際發生碰撞的可能性僅為50%！這聽起來可能像是一個“可能碰撞也可能不碰撞”的不負責任的預測，但事實並非如此。此前，我們一直認為銀河系與仙女座星系碰撞的可能性是100%。現在的預測值瞬間減半，這是一個巨大的變化。
不僅如此，天文學家在這次模擬中增加了一個較大規模的衛星星系——環繞仙女座星系執行的三角座星系。這是本星系群中第三大星系。因此，它的引力也會影響兩大星系碰撞的可能性。加入三角座星系後，兩者碰撞的可能性上升到了三分之二。
然而，當再加入環繞銀河系執行的大麥哲倫星系時，碰撞可能性再次下降到50%左右。此外，即便在50%碰撞機率的情況下，預期的碰撞時間也被推遲到了80億年後。與之前預測的40億至50億年內必定發生碰撞相比，無論是可能性還是預計發生的時間都大相徑庭！
即使兩個星系最終碰撞形成了“米爾科米達”星系，這一過程的時間點也將比原先預計的晚得多。到那時，太陽系很可能已經消失了。太陽將處於演化的末期，地球很可能已經被膨脹的太陽吞沒。如果更新後的預測屬實，我們甚至根本不需要擔心銀河系與仙女座星系碰撞時地球是否安全，因為那時地球可能早已不復存在了。
這不僅僅是預測一顆小石頭何時墜落地球，而是要預測兩個擁有數萬億顆恆星的龐大星系何時碰撞，甚至是否會碰撞，這極其困難。這也證明了我們的宇宙是多麼敏感，命運會因為多麼微小的變數而改變。銀河系將來會與仙女座星系碰撞嗎？過去我們能自信且篤定地回答，但現在，我們恐怕需要更謹慎地對待這個問題。
此前，我一直以研究星系碰撞與演化的天文學家身份進行自我介紹。我理所當然地認為，研究物件中自然包含銀河系與仙女座星系這對“情侶”。但令人驚訝的是，我們或許正生活在一個與碰撞宿命相去甚遠的星系中。也許，關於未來與仙女座星系碰撞會對太陽系造成何種影響的擔憂，本身就是一種杞人憂天。
參考
https://academic.oup.com/mnras/article/386/1/461/978865?login=false#16953981
作者池雄培（Ji Ung-bae）是誰？他熱愛貓與宇宙。童年時看過《銀河鐵道999》後，便萌生了將宇宙之美傳播給大眾的夢想。目前在延世大學星系演化研究中心及近宇宙學實驗室從事星系相互作用演化研究，並開展講座、撰寫專欄等多種科學傳播活動。著有《썸 타는 천문대》（曖昧天文臺）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科學）等書。