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地球20亿年后被撞出银河系? 别杞人忧天了

2019年01月24日 02:13 来源:科技日报 参与互动 

  实习记者 代小佩

  从月球是空心的到宇宙完全被“墙”包裹,再到快速射电暴是外星人发来的信号……关于宇宙的话题每隔一段时间就能引发一次舆论风暴。

  近日,英国杜伦大学的一个研究团队在《皇家天文学会月报》上撰文指出,大麦哲伦云(LMC)可能在20多亿年后与银河系相撞。

  消息一出,各种猜测如潮而至。比如有人说,两个星系的相撞火花四射,太阳系会被甩出银河系,地球生命却因此逃过一劫。果真如此吗?

  太阳系被甩出银河系? 这个概率非常小

  实际上,这次的故事并不复杂。故事的主角是银河系与它的卫星星系——大麦哲伦云,这是银河系卫星星系中最亮、质量最大的一个。“无论大麦哲伦云还是太阳系,它们都处在银河系的引力势阱中,无论怎么蹦跶都难以跳出银河系的如来佛掌。”中科院国家天文台研究员王杰说。

  “大麦哲伦是银河系的小伙伴,它们之间本来就有一个相互作用的桥,好比手牵手。”中科院国家天文台研究员邓李才告诉记者,大麦哲伦云穿过银河系是有可能的。但它穿过银河系时,很可能面临被银河系撕碎的命运,“因为银河系的质量比大麦哲伦云大很多”。

  进行上述研究的英国卡洛斯·福伦克团队在计算机上模拟了大麦哲伦云与银河系的相互作用,并测算出20多亿年后二者可能相撞。

  大麦哲伦云进入银河系后,太阳系会怎样呢?“无论大麦哲伦云怎样穿过银河系,以及这个过程中如何相互作用,都可能通过动力学作用影响太阳附近的银河系盘结构,从而影响包括太阳在内的恒星。”邓李才告诉记者。

  “大麦哲伦云穿过银河系星系盘,特别是靠近太阳系时 ,太阳系有可能挣脱银河系的引力束缚,飞到银晕之中。”王杰说,当太阳系跑到了银晕之中,地球上的人看到的银河系将不再是一条银色的带子,而是漩涡纹路的椭圆的盘子。

  不过,王杰表示,这种情况发生的概率非常小。即便发生了,也可能不会给地球带来致命影响,因为地球与太阳紧密地绑在一起,两者分开的可能性不会很大,地球不会陷入黑暗寒冷中。

  对此,邓李才表示认同:“两个星系相撞可能导致星系盘被破坏掉,形成无盘结构的椭圆星系,这是星系尺度上相互作用的后果。但我们完全不必担心这个过程会影响太阳系行星系统,特别是我们关心的地球。”

  但当这两个星系并和时,还有另外一个危险:银河系中央的黑洞会被激发,会产生大量的伽马射线。“这些射线可能会影响地球的大气层臭氧,但因为太阳系藏于银河系盘中,距离也较远,应该不会完全剥离地球的臭氧层,不会对地球上的万物构成实质性威胁。”

  星系间的碰撞火花四射? 没有想象中的大场面

  实际上,围绕银河系的卫星星系有100多个,任何一个都有可能从太阳系附近穿过去,而且可能比大麦哲伦云来得更早。“从这个角度来看,太阳系受扰动的情况太多了。” 王杰说。

  幸运的是,这些碰撞发生的概率也很小,且都不足以致命。这是因为宇宙学上的相撞与我们寻常理解的相撞不同。王杰说:“它们之间不是硬碰硬,不会像小行星撞地球那样砸向彼此,而非常可能是擦肩而过。”

  他解释道,星系与星系之间的距离很远,哪怕离地球最近的仙女座星系,距离银河系也有约250万光年之遥。而在星系内部,物质的分布也十分松散。所以它们之间的碰撞是“柔软的”,并不会引起激烈的反应。

  所以,与其对着大麦哲伦云杞人忧天,不如关心其他潜在威胁。

  首先,小行星对地球的碰撞更激烈。“数目众多的彗星或者小行星极有可能碰撞到地球,这比星系的碰撞概率更大,威胁也更大。”王杰说。

  除此之外,邓李才还谈到另一种威胁:太阳进入红巨星演化阶段,在其膨胀到地球轨道之前,地球上的环境就会变得非常恶劣,不适宜生命存活。“但这也是几十亿年后的事情。”

  不过,英国团队讨论大麦哲伦云与银河系相撞、太阳系是否会被甩出银河系或地球的命运如何,并不是他们研究的初衷。

  该研究团队成员在文章发表前曾与王杰讨论过。“研究团队想说明的是,大麦哲伦云与银河系合并后,银河系可能会变成一个‘普通’的星系。这样就可以大大缓解银河系和标准宇宙学模型预言的差距导致的压力。”王杰表示。

  结果在部分报道中关注点却变成了:银河系会在20多亿年后遭到大麦哲伦云撞击,太阳系甚至地球会因此被甩出去。

  银河系是特殊的存在? 可能因为我们身处其中

  那么,卡洛斯及其团队为何煞费苦心证明银河系其实很普通呢?

  首先需要请出标准宇宙学常数-冷暗物质模型(Lambda-CDM model,LCDM),它好比揭开宇宙奥秘的宝典,能解释宇宙中的大部分现象,尤其可以对3000万光年以上的大尺度结构进行很好的预言。

  但宝典也有不太灵的时候。王杰表示,LCDM目前能对尺度较大的宇宙进行较为准确的预言,用LCDM来解释小尺度上的宇宙现象就会出现问题。“就好像我们身处高空,可以看到地球上无数只不同种类的蚂蚁,它们的种类、总体数量以及分布和模型预言的结果都相吻合,但当我们靠近观察每一只蚂蚁时,蚂蚁之间的差别可能就和预测出现差异了。”

  与之类似,对银河系的长期观测表明,LCDM的解释存在不足。王杰介绍,银河系特别的地方很多,比如上述研究所关注的:与同质量星系相比,银河系中心的超大质量黑洞质量过小,银晕的质量比较小且金属丰度偏低,此外,银河系还拥有大麦哲伦云这样的超大质量卫星星系。

  “目前来看,对LCDM的挑战大部分都是来自我们对银河系的观测。因此,宇宙学家们一直在寻找合适的理论去解释为何银河系与标准模型预测不同,从而使标准模型能够自洽。”王杰告诉记者,实际上,很多宇宙学家都试图通过不同路径做类似的研究工作。

  而卡洛斯与团队运用数字模拟的方法寻找答案。他们模拟了1000个包含了银河系、仙女星系和大麦哲伦云的系统。模拟结果显示,大麦哲伦云会在20多亿年后进入银河系,在它们并和后,银河系的上述特别之处就不存在了。

  王杰解释道:“由于大麦哲伦云质量较大,它进入银河系星系盘后会带来很大扰动,从而使得银河系中的超大质量黑洞质量变大,被潮汐力肢解出去的恒星也会让银晕的质量增加、金属丰度提高。如此一来,银河系就变成了与标准模型预言相吻合的普通星系。”

  令人挠头的是,解释银河系为何与其他星系不同本身就很矛盾。“银河系之所以特别是因为我们对它的观测更仔细。”王杰表示,观测越仔细,当然越容易发现它与众不同。

【编辑:郭泽华】

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