第61章 仙女座星系

计算每个粒子的运动轨迹。

2012年，由美国太空望远镜科学研究所（StScI）领导的团队，用“宇宙学模拟器”（Ilstris Siution）模拟了仙女座与银河系的合并。结果显示：两个星系会先“擦肩而过”（20亿年后），再回头靠近（40亿年后），最终在45亿年后完全融合。这个模拟结果与后续的观测数据高度吻合，成为合并研究的“基准模型”。

二、合并的四个阶段：从“引力试探”到“椭圆星系诞生”

仙女座与银河系的合并，不是“一撞了之”，而是持续15亿年的“慢舞”。我们可以把它拆分成四个清晰的阶段，每个阶段都有独特的物理现象：

1. 阶段一：引力相遇（未来20亿年）——“感觉”到对方的存在

20亿年后，仙女座与银河系的距离将缩短到约100万光年。此时，两个星系的引力场开始显着相互作用：

银河系的旋臂会逐渐变得松散——旋臂是密度波结构，依赖于稳定的引力场，当外部引力扰动时，密度波会被打乱。

仙女座的核球会轻微“晃动”——中心超大质量黑洞（1亿倍太阳质量）的吸积盘会出现波动，释放出更多x射线。

暗物质晕开始“交织”——仙女座的暗物质晕（半径100万光年）与银河系的暗物质晕（半径50万光年）重叠，引力相互作用让两者的暗物质分布变得不均匀。

2. 阶段二：潮汐相互作用（未来40亿年）——“撕开”星系的“外衣”

当距离缩短到约50万光年时，潮汐力（引力的差异）会成为主导。潮汐力就像月球对地球的潮汐：星系的一侧受到的引力比另一侧大，导致物质被“拉扯”出来。

潮汐尾的形成：仙女座和银河系的盘状结构会被对方的潮汐力撕裂，形成两条长达50万光年的“潮汐尾”——由气体、尘埃和恒星组成的流，像星系的“头发”一样延伸到星际空间。这些潮汐尾里充满了被压缩的气体云，会触发大规模恒星形成，亮度比正常星系高10倍以上。

旋臂的扭曲：仙女座的两条对称旋臂会被银河系的潮汐力扭曲成“螺旋状的分支”，银河系的旋臂也会被拉扯成“不规则的环”。此时的两个星系看起来像“被揉皱的纸”，结构完全混乱。

恒星形成爆发：潮汐力压缩气体云，让恒星形成率飙升——仙女座的恒星形成率会从现在的1.5倍太阳质量\/年，上升到10倍甚至更高。银河系也会经历类似的“恒星婴儿潮”，诞生大量大质量o型星。

3. 阶段三：核心融合（未来45亿年）——“心脏”的合并

当两个星系的距离缩短到约10万光年时，核球开始融合：

仙女座的核心（含1亿倍太阳质量的黑洞）与银河系的核心（含430万倍太阳质量的Sgr A*）会沿着螺旋轨道靠近，最终在1亿年内合并成一个更大的黑洞——质量约为1.04亿倍太阳质量。合并过程中，黑洞会释放出强烈的引力波，虽然我们无法直接探测到（因为距离太远），但周围的恒星会被扰动，形成“涟漪状”的运动轨迹。

星系盘完全瓦解：潮汐力与核心的引力共同作用，让两个星系的盘状结构消失，取而代之的是一个“椭球状”的分布——恒星不再绕着中心旋转成盘，而是随机分布在椭圆轨道上。

暗物质晕合并完成：此时，仙女座与银河系的暗物质晕已经完全交织在一起，形成一个更大的、球形的暗物质晕，半径约为150万光年。

4. 阶段四：稳定成型（未来60亿年）——“ilkoda”诞生

合并完成后，星系进入“稳定期”：

形态变为椭圆星系：不再有旋臂，恒星轨道随机，整体呈椭圆形。这个椭圆星系的质量约为2.5万亿倍太阳质量，直径约为30万光年。

恒星形成停止：大部分气体已经被用来形成恒星，剩下的气体要么被黑洞