看銀河系如何「發福」

出品：科普中國

製作：科學范兒創客團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

相信大部分人都有睡覺的時候被電話吵醒的經歷，心情一定非常糟糕。有實驗表明，睡覺被吵醒，相當於被剝奪了26個小時的睡眠。這種事情最近就發生在中國科幻領軍人物劉慈欣身上。但對他個人乃至整個中國科幻界來說，這不是一件糟糕的事。

８月23日下午一點左右，劉慈欣正在睡午覺，電話響了。電話那頭的編輯告訴他，他剛剛獲得了第73屆雨果獎，創造了中國科幻的歷史——這是亞洲作家首次獲得該獎項。獲獎作品是大家早就耳熟能詳的《三體》。消息振奮人心，可惜當時是中午，如果是晚上，劉慈欣應該會走到室外，抬頭看一會星空。

看過《三體》的人，大多會被文章中恢弘的設定所震撼，尤其會對三體文明充滿興趣。根據小說我們得知，三體文明來自半人馬座三星，天文學稱為半人馬座α，我國古代稱為南門二。它是由甲、乙、丙三星組成的目視三合星，是離太陽最近的恆星系統。因此，在科幻小說中，半人馬座一直都是外來文明發祥地的熱門。

但對於不常看科幻小說的人，更為熟悉的是作為十二星座之一的人馬座，即射手座。人馬座是一個神奇的星座，銀河系的中心（銀心）就在人馬座方向，所以這部分銀河是最為寬廣和亮麗的，吸引著無數人仰望的目光。

實際上，人馬座是銀河系從其他星系吞食而來。在銀河系的演化過程中，一直吸引著周圍許多較小的星系，逐步將這些小星系裡的恆星消化進銀河系。這種說法說並非空穴來風，小星系被吞食之後，會在銀河系引力作用下形成一道暗弱星流，這些星流就是控訴銀河系蠶食它們的證據。一個典型的星流就是1994年發現的人馬座星流，包含約計1億顆恆星，跨度超過100萬光年。

目前為止，已經在銀河系中發現了十餘個星流，由幾千到幾億顆恆星組成，跨度從數萬光年到數百萬光年不等。這些星流被科學家們戲稱為銀河系的「化石」，通過這些「化石」，就可以來探究銀河系的形成之謎。

一開始，銀河系很小，身材很苗條，但是銀河系有一個好胃口，在潮汐力場的作用下，它看見什麼吃什麼，通過大規模吞食完成了縱向和橫向的雙重發展。通常來說，我們人類管這個現象叫做中年發福，而對於銀河系來說，還有一個高大上的說法，叫做「等級式結構形成」。

那麼，銀河系這個吃貨，到底是如何吞食星系才走樣成了今天的身材？通常來說，我們人類管這個過程叫做進食，而對於那些研究銀河系的專家們來說，叫做「銀河系考古」。

要吃飯，首先得有一副好牙口，才能「吃嘛嘛香，身體倍棒」。根據星系等級式結構形成學說，驅動銀河系生長的主要動力來自包裹著星系的暗物質暈。暗物質暈會通過引力，吸引氣體形式的物質向自己移動。這個過程中就形成了恆星，恆星發生爆炸，恆星原子則重新回到星系內部和外部，引發新一代恆星的形成。銀河系的銀心，最有可能就是通過這種方式形成的。

銀河系通過一個圍繞在銀心和旋臂周圍的巨大球形暈，來捕捉路過的矮星系。當一個矮星系環繞銀河系時，潮汐力就將其納入暈中。矮星系越靠近核球，受到的引力越大。最後，再強大的引力作用下，銀河系就將矮星系中的恆星剝離出來。這些恆星一旦脫離矮星系，就會被貪吃的銀河系吃掉。

銀河系通過吞食矮星系逐漸壯大的過程（繪圖　李欣磊）

銀河系吞食星系可不像我們吃飯那麼簡單，它這頓飯要吃成千上萬或者幾億年，隨著漫長的時間推移，星系一點點被消化被分解，這些星系逐漸擴散，最終形成星流。

銀河系的考古學家們經過數十年的研究，通過「斯隆數字巡天系統」得到了一幅高質量的銀河系恆星三維分布圖，它可以在各個方向上，顯示出恆星的距離和位置。通過這幅圖，我們可以了解到銀河系這個胖子到底吞食了多少星系。

銀河系全貌圖（圖片來自於NASA）

現在的銀河系約有150個球狀星團，大多是在120億年前，銀河系演化的早期形成。在那時候，還很年輕的銀河系食量非常大，甚至有些「暴飲暴食」，這些星系經過了120億年的消化，形成了銀河系今天的面貌。通過研究銀河系考古，可以獲得其他漩渦星系形成和演化的線索，同時也可以揭開早期宇宙形成最初階段的神秘面紗。

仰望星空並不是科學家們的專享權利，人類對於太空有一種本能地著迷，在虛空寂寞的時候，在難過傷心的時候，仰望星空總是能給我們一些遙遠但是溫暖的安慰。科幻作家劉慈欣在提到什麼是好的科幻小說時，也曾說：「好的科幻小說應該使人們感受到宇宙的宏大，讓他們在下夜班的路上停下來，長久地仰望星空。」

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