引力理論指出M31和銀河系歷史上發生過碰撞

06-04

我們的銀河系和仙女星系可能在100億年前經歷過一次碰撞，留下的證據只能夠用各種引力理論來進行解釋，聖安德魯斯大學的一個包括趙洪生博士在內的科學家團隊本周在蘇格蘭召開的皇家天文學會年會上報告稱。

仙女星系M31。影像提供：Adam Evans.

趙本周在蘇格蘭召開的皇家天文學會年會上報告稱，這項研究尋求為矮星系和氣體流以及恆星形成和銀河系垂直的盤的形狀中的「寬廣的極結構」發現一個解釋。仙女星系也有相似的結構。兩者都不是特別地不尋常--我們在其它星系周圍也觀測到相似的「極環」，當它們和其它星系之間經歷了碰撞和密近碰撞之後，引力潮汐力從sideswiping星系中吸出了氣體。這些氣體形成一個尾巴，最終聯合產生小的衛星星系，被稱為潮汐矮星系。

這種圖景的唯一問題是，據具有暗物質暈的星系的標準照片，銀河系和仙女星系曾經經歷一次密近碰撞。事實上，我們將在30億年左右的時間裡和仙女星系發生碰撞。因此，極環來自哪裡？暗物質仍然是一個爭論不休的話題。我們觀察，我們指的東西是它的引力效應，諸如星系內恆星的自轉，或者碰撞的星系團內質量的分布，但我們既不能看到暗物質本身，也不能檢測它。

國際空間站上搭載的阿爾法磁譜儀在探測銀河系中心附近湮滅的暗物質粒子產生的伽馬射線或者帶電粒子時獲取了試驗證據，但一些科學家仍然持懷疑態度。自從1983年，以色列的維茲曼研究所的莫德海·米爾哥羅姆提出的引力理論逐漸地。被稱為MOND（修正牛頓動力學），它描述了引力怎樣在大尺度上的微小引力加速下產生不同的作用，去掉或者至少削弱了宇宙內暗物質的需要。

通過應用MOND解釋本星系群（由銀河系，仙女星系，M33和矮星系組成）內星系的運動，並且不加上暗物質，趙的團隊得到了一個驚人的發現：如果MOND是正確的，那麼銀河系和仙女星系以前曾經碰撞過，百億年前的瞬間一擊。這將解釋我們今天在兩個星系周圍觀測到的極環結構。

MOND預測的仙女星系和銀河系的運動。百億年前，它們發生過一次密近碰撞，現在M31正在開始向後轉。影像提供：Fabian Lueghausen/University of Bonn.

「在標準框架下，它們不能發生這樣的密近碰撞，」斯特拉斯堡天文台的貝努特·法美意博士說，他是研究團隊的成員之一。「這是很重要的一點，因為如果我們確認必需藉助過去的碰撞才能來解釋銀河系和仙女星系內的衛星盤，那麼不可能再喚起一個暗物質暈來再次產生相同的力量，因為和暗物質粒子的動力學摩擦會觸發一次合併。」

顯然，銀河系還沒有和仙女星系合併，因此ＭＯＮＤ完美地解釋了極環結構的存在，而暗物質理論無法解釋。「在標準暗物質圖景里，我們不能獲得對我們在本星系群里觀測到的東西的一致了解，但在ＭＯＮＤ理論下，一切都更有意義，」帕維爾·克魯帕教授補充道，他也是團隊成員之一，來自波恩大學。「潮汐矮星系的質量太低，無法捕捉到足夠暗物質，因此雖然它們顯示出暗物質效應－它們內部的恆星和氣體似乎移動得太快－必須喚起更強的引力，這確實是ＭＯＮＤ理論給予我們的。」

如果正確，那麼ＭＯＮＤ可能挖掘出了銀河系的隱秘歷史的一部分－巨大的密近撞擊，這種撞擊將在未來約３０億年里再次發生，當仙女星系和銀河系彼此靠近。雖然暗物質理論和ＭＯＮＤ理論之間的暗戰將持續一段時間，兩者都肯定，另一次碰撞是不可避免的。然而，這種碰撞怎樣發生可能是不同的，取決於你選擇的理論。暗物質預言直接的碰撞和合併，或者至少是在兩個星系最終合併聯結之前的一系列快速的飛掠。另一方面，ＭＯＮＤ預言另一次撞擊，僅僅擾動了兩個星系，從每一個星系拉出的氣體中產生了更多的潮汐矮星系。「然而，銀河系和仙女星系將再次分開，它們在一段時間裡將繼續這種舞蹈，」克魯帕說。

趙補充道，「星系在ＭＯＮＤ理論中要稀薄得多，清瘦得多，他們僅僅具有小型的盤結構，不堪重負一個肥胖的暈，這將組織星系彼此飛掠。」

然而，最終，兩個模型都預言它們將合併，但如果你相信ＭＯＮＤ，那麼合併所需要的時間可能會略微長一點。

（全文完）