[비즈한국] 你知道“銀河仙女座星系”（Milkomeda）嗎？這是由我們的家園“銀河系”（Milky Way）與鄰居“仙女座星系”（Andromeda）的名字組合而成的。長期以來，天文學家一直認為，在遙遠的未來，這兩個星系將會合並。儘管目前兩個星系之間相距250萬光年，各自擁有美麗的螺旋臂以及由恆星和氣體構成的盤面，但專家們曾預料，隨著兩者的碰撞，恆星軌道將變得雜亂無章，最終演變成一個平坦、圓潤的巨大橢圓星系。這一碰撞過程預計將在50億到70億年後完成。這種未來誕生的巨大星系，就被稱為“銀河仙女座星系”。
長期以來，銀河仙女座星系的結局被視為宇宙既定的命運。就像太陽在50億年後會膨脹為紅巨星，最終走向行星狀星雲的命運一樣。然而，最近越來越多的天文學家開始質疑這一觀點。近期發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上的一篇論文展示了一種有趣的可能，即銀河系與仙女座星系或許會走向截然不同的命運。更確切地說，論文指出這兩個星系是否會發生碰撞，目前完全無法預測。難道銀河仙女座星系只是人類誤解了宇宙命運後產生的想象產物？我們的銀河系最終能否保持現在美麗的螺旋臂形態，避開與仙女座星系的危險碰撞呢？
關於仙女座星系將與銀河系碰撞的預測，從2012年起開始正式出現。當時天文學家透過對比仙女座星系中恆星在地球夜空中的位置移動速度，發現了一個有趣的現象：仙女座星系在地球天空中的移動幾乎察覺不到。即使是在一年內，其位置變化也不到1毫秒弧度。這意味著從地球視角看，仙女座星系在垂直於視線方向上的速度幾乎為零。
另一方面，仙女座星系表現出了非常明顯的“多普勒效應”。尤其是它呈現出向波長較短的藍色端偏移的“藍移”。在多普勒效應中，藍移意味著發光體正在快速向我們靠近，波長隨之被壓縮。也就是說，仙女座星系整體正以極高的速度向我們衝來。根據觀測到的藍移資料，仙女座星系正以大約每秒110公里的驚人速度向我們疾馳而來。
由於仙女座星系幾乎沒有切向速度，僅在視線方向上以極高速度向我們衝來，這意味著它正對著我們直線奔來。考慮到兩者的距離與速度，當時的天文學家預測，大約50億年後，銀河系與仙女座星系將發生正面碰撞。兩星系激烈的碰撞合併過程在既往的模擬中也得到了很好的體現。在過去十多年裡，這種碰撞的可能性被視為一種理所當然的假說，就像是遙遠未來必將發生的宇宙命運。
目前，銀河系與仙女座星系分別是本星系群中第一大和第二大的星系。天文學家曾認為，大約50億年後，隨著銀河系與仙女座星系首先碰撞，此後周圍遊蕩的小型衛星星系以及其他鄰近星系也會陸續流入併合併到銀河仙女座星系中。他們預測，在約1500億年之後，目前構成本星系群的所有星系都將合併為一個巨大且平坦的超巨型橢圓星系。
然而，最近有越來越多的天文學家對這兩個星系的命運提出了完全不同的預測。這些分析共同指向了一個核心批評：既往的預測過於簡化了情況。在銀河系周圍，有大麥哲倫星系和小麥哲倫星系這樣不可忽視的、規模相當大的矮星系。我們可以看到這兩個星系長期受銀河系引力束縛在軌道上執行，並在其周圍留下了由恆星和氣體組成的細長流。同樣，人馬座矮星系也沿著自己的軌道留下了痕跡。
仙女座星系旁也發現了包括三角座星系（M33）在內的多種矮星系。矮星系的質量比大型星系輕100倍以上，所以粗略看來似乎可以忽略它們的引力效應，但事實並非如此。雖然質量輕，但矮星系緊貼中心星系。由於距離極近，其對中心星系產生的引力影響實際上非常強。特別是在預測長達數十億年的漫長命運時，這些效應可能對最終結果產生重大影響。
在本次分析中，天文學家反映了哈勃空間望遠鏡和蓋亞空間望遠鏡觀測到的周圍矮星系的精確運動資料。在此基礎上，綜合考慮了銀河系、仙女座星系以及麥哲倫星系和M33等主要矮星系的效應，模擬了未來100億年內本星系群的演化命運。為了實現儘可能現實的模擬，研究團隊考慮了包括星系質量、軌道速度、方向等共22個變數。這使得該研究成為了目前針對銀河系及周邊本星系群進行的最精確的模擬。
那麼，模擬結果是否指向了銀河仙女座星系的誕生呢？完全沒有。由於需要考慮的變數眾多，結果的不確定性也隨之大幅上升。本篇論文透過蒙特卡洛模擬法，對各類變數進行隨機設定，一共得出了10萬種不同的結果。研究將兩個星系間距離縮短至50萬光年以內定義為直接碰撞。模擬結果顯示，銀河系與仙女座星系在50億年內合併成銀河仙女座星系的熟悉命運，僅佔結果的2%！其餘98%的情況中，兩個星系都避開了直接碰撞，甚至只是遠遠錯開，沒有發生明顯的相互作用。即使最終兩個星系合併成一個巨大的星系，那也是發生在50億年之後更加遙遠的未來。
在那98%預計50億年內不會形成銀河仙女座星系的結果中，有50%的情況顯示兩個星系會完全在遠處擦肩而過，銀河系的盤面形態也能保持不變，不會產生明顯紊亂。其餘48%的情況顯示，雖然在50億年內不會立即發生劇烈碰撞，但最終在200億到300億年內，隨著距離緩慢縮短、軌道縮小，它們依然可能合併成一個星系。不過，這需要兩個星系的暗物質暈相互重疊，產生一種減小軌道能量並逐漸縮小軌道的動力學摩擦。
歸根結底，這項新的分析表明，與以往的預測不同，“銀河仙女座星系”這一命運並非理所當然。或者說，這可能最初就是一個脫離現實、在我們的宇宙中根本不會發生的預測。那個關於合併為銀河仙女座星系的宇宙，僅僅存在於10年前人類尚未完全瞭解宇宙時，在想象中構建的虛構未來；而真實的宇宙，或許正走向完全不同的命運。
正如這篇論文的標題所言，宇宙的命運充滿了不確定性。要預見宇宙的命運，不能僅僅關注那些表面上顯眼且巨大的存在。想要了解宇宙的命運，必須考慮到那些更微小、更黑暗、不容易引起注意的存在。就像我們必須考慮到遊蕩在銀河系與仙女座星系之間空曠本星系群空間中那些微弱的矮星系一樣。宇宙總是這樣，向我們展示著它是多麼需要被細膩地對待。
參考
https://science.nasa.gov/missions/hubble/apocalypse-when-hubble-casts-doubt-on-certainty-of-galactic-collision/
https://www.nature.com/articles/s41550-025-02563-1
作者 Ji Ung-bae 是誰？他熱愛貓咪與宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後，便立志要把宇宙的美麗傳達給世人。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論實驗室研究星系透過相互作用進行的演化，同時參與演講、寫作等多種科學傳播活動。著有《曖昧的觀測臺》、《整天想宇宙》、《星，光的科學》等書。