除了银河系以外,本星系群这座“城市”还有另一个“中心城区”,那就是仙女星系。
仙女星系是人类肉眼可见的最远的天体。和银河系一样,仙女星系也是一个螺旋星系(图1.20)。它与地球相距250万光年,其直径约为22万光年,而总质量能达到太阳质量的1.5×10 12 倍,差不多是银河系的2倍。
图1.20 仙女星系
在20世纪以前,人类一直认为仙女星系(当时叫仙女星云,编号M31)是位于银河系内部的一团漩涡星云。直到20世纪20年代,哈勃才在仙女星系中找到了造父变星,并算出仙女星系与地球的距离远远超过100万光年。从那以后,人类才得以确定,银河系只是宇宙中的一座小小的孤岛
。
我们在银河系之旅中讲过,银河系中心有一个超大质量黑洞,其质量能达到太阳的400多万倍
。同样地,在仙女星系中心也有一个超大质量黑洞,其质量能达到太阳的1.4亿倍。也就是说,虽然仙女星系的质量仅为银河系的2倍,但是仙女星系中心黑洞的质量是银心黑洞质量的30多倍。所以,仙女星系是本星系群无可争议的霸主。
那么问题来了:仙女星系为什么能成为本星系群的霸主?答案是,它靠着不断吞并周围的矮星系,一步步发展壮大到今天。
举个仙女星系吞并了其他星系的例子。
目前的天文观测表明,仙女星系中大概有460多个球状星团(球状星团是由大量恒星构成的球状恒星集团)。在这460多个球状星团中,有一个非常特殊也非常诡异的球状星团,被称为“M31 G1”。其含义是,M31星系(即仙女星系)的1号球状星团(图1.21)。
图1.21 M31 G1球状星团
为什么说“M31 G1”是一个非常特殊也非常诡异的球状星团呢?因为“M31 G1”中的恒星数量非常恐怖,能达到好几百万。而在正常情况下,球状星团中的恒星数量总是介于几百到几万之间。
为了便于理解,你不妨把球状星团想象成一个住宅小区。在正常情况下,小区能住几百到几万户的居民。但现在人们发现,这个名为“M31 G1”的小区里面居然住了几百万户的居民。为什么会有这种超大规模的住宅小区呢?
最合理的解释是,“M31 G1”的前身是一个独立的矮星系。这个矮星系落入仙女星系的魔掌后,其外围物质被仙女星系的潮汐力剥离,只剩下一个相当致密的核心。这个残存的核心,就变成了今天的“M31 G1”。
而被吞并的“M31 G1”并不是个例。2009年,美国《科学》杂志上发表的一篇论文,研究了位于本星系群内的21个椭圆星系。这些椭圆星系有一些共同的特征:体积小、密度高、年龄老。换句话说,这些椭圆星系中包含的绝大多数恒星,其化学成分都很接近位于大型星系中心的古老恒星。所以此文的作者猜想,这些椭圆星系以前都是更大星系的核心。其外围物质被银河系或仙女星系的潮汐力剥离后,就变成了今天的样子
。
随后,人们发现在这21个椭圆星系中,有一个极为特殊的存在,那就是M32星系(图1.22)。
M32星系是位于仙女星系南边的一个卫星星系,其直径约为8000光年,质量约为太阳的30亿倍。只看这些数据的话,M32星系就是一个毫不起眼的小角色。
那么,为什么说M32星系是个极为特殊的存在呢?因为人们后来惊愕地发现,在M32星系的中心居然有一个超大质量黑洞,其质量能达到太阳质量的250万倍
。
这就很惊悚了。我们不妨做一个对比。总质量高达太阳质量的4000亿倍的银河系,其中心黑洞的质量约为太阳的400万倍。而总质量只有太阳质量的30亿倍的M32星系,其中心黑洞的质量居然能达到太阳的250万倍。换言之,总质量还不到银河系1%的M32星系,其中心黑洞的质量居然和银心黑洞是同一个量级。
图1.22 M32星系
这意味着,现在已经沦为小星系、看上去毫不起眼的M32星系,最早是和银河系差不多大小的本星系群第三号大佬。
本星系群的第三号大佬,为什么会沦落到今天的地步?
2018年,一篇发表在《自然·天文学》杂志的论文对此进行了研究。用计算机进行了大量的数值模拟后,此文作者宣布,M32星系的遭遇可以用图1.23来描述。
图1.23 M32星系的演化kpc:千秒差距;Gyrs:10亿年
简单地说,M32星系和仙女星系跳了一场持续50亿年的死亡之舞。这场死亡之舞可以分为以下4个阶段。
第一阶段,起舞。50亿年前,M32星系和仙女星系在引力的牵引下,开始跳一场双向奔赴的舞蹈。尽管这场舞蹈会持续几十亿年,但是M32星系的悲惨命运,在它开始跳舞的那一刹那,就已经注定。
第二阶段,相遇。25亿年前,M32星系和仙女星系终于相遇了。由于星系内部非常空旷,两个星系会不断地彼此穿越。在彼此穿越的过程中,质量较小的M32星系的外围物质,会被仙女星系的潮汐力一点点剥离。久而久之,M32星系就会被潮汐瓦解。被潮汐瓦解后的M32星系会变成三部分:最里面的是一个未被潮汐瓦解的致密核心,中间的是富含重元素
的内恒星晕,最外围的则是已经弥散开、包含大量氢气和氦气的星流。
第三阶段,并合。20亿年前,在彼此穿越中变得越来越近的M32星系和仙女星系,开启了并合的过程。这个并合过程中发生的头等大事,就是外围星流逐渐汇入了M32星系和仙女星系的核心区域,从而在这两个星系的内部引发“星暴”。所谓的星暴,就是爆发式的恒星形成过程。研究表明,仙女星系中大概有20%的恒星,都是在这场20亿年前的星暴中诞生的。这意味着,这场发生在20亿年前的星系并合事件,彻底重塑了整个仙女星系的面貌。
第四阶段,曲终。今天,M32星系和仙女星系的并合过程已经宣告结束。被剥离了所有外层物质的M32星系,只剩下一个质量仅为太阳质量30亿倍的核心,从而彻底沦为本星系群中的小角色。至于仙女星系,则一跃成为本星系群中无可争议的霸主。
我们已经介绍了仙女星系历史上的最重要事件:20亿年前,它吞并了本星系群的老三,也就是M32星系,从而一跃成为本星系群的霸主。
正所谓“一山不容二虎”。本星系群的老大,会放过本星系群的老二,也就是我们生活的银河系吗?
欲知详情,请听下回分解。