帶你看真正的宇宙中「斗轉星移」

07-08

星系的運動是怎麼樣的？

凌晨曉驥，PhD student in Astronomy and Astrophysics

三個程度上說吧：

1，最小的尺度：就是 Local Group（本星系群）內的歡快的合體啦～

由於相互之間的引力，銀河系首先會和近鄰星系合併，在大約 10 億年左右吞併小麥哲倫雲（SMC），大麥哲倫雲（LMC）。之後，在 60 億年後和 M31 仙女座星系合併。整個本星系群未來會形成一個大的橢圓星系。

銀河系和大小麥哲倫雲早就開始合併了，事實上，大小麥雲的氣體正不斷的被銀河系引力所牽引，形成了麥哲倫星流，落入銀河中。

而三個主要的星系 M31，銀河系，M33 會相互靠近併合並。M31 和銀河系作為 Local Group 的兩個主要成員，會相互吸引並在約 40 億年以後開始碰撞，60 億年後完全合併。M33 會先繞 M31 運動，最終也會加入新橢圓星系之中。

這個在知乎上早就有了：

如果某一天 M31 和銀河系相互併合，在地球的夜晚長期觀測會是一副怎樣的景象？

引用博洋兄的圖片。可見，幾十億年之後的未來，我們看到的就不是銀河，而是一個巨大的銀球了。

Youtube:

https://www.youtube.com/watch?v=PrIk6dKcdoU

Youku

[放放上傳] 震撼！！銀河系與仙女座星系碰撞畫面

壯觀的未來星空模擬圖 - 仙女星系與銀河星系對撞時在地球上看到的星空

2. 大一點的尺度：

這就不能不提及 2014 年夏威夷大學發現的 Laniakea Supercluster（拉尼亞凱亞超星系團）

（拉尼亞凱亞超星系團）

ps: lanikea 在夏威夷語中意為"無盡的天堂"。

通過對近鄰將近 10 億光年內星系速度的研究，夏威夷大學的天文學家認為 Laniakea 超星系團才是我們銀河系所屬的「本超星系團」（換句話說，這是束縛我們和周邊星系的最大引力範圍，之外的就屬於其他的超星系團引力範圍了），之前人們常說的 Virgo（室女座超星系團）只是其中的一個小部分，其中心在長蛇 - 人馬座超星系團的巨引力源處。其邊界如下圖黃色線內所示。

上圖的藍線和白線是什麼呢？看下圖就知道了～

沒錯，這就是我們附近的星系相對運動速度分布圖，箭頭代表運動方向。可以看見，整個 Laniakea 星系團所有的星系，都向著中心的巨引力源（The Great Attractor）運動，三維圖可能更能說明問題。

上圖中每個小點和小球都是一個星系，可見，The Great Attractor 像一個巨大的引力勢阱，吸引著 Lanikea 所有的星系。我們的銀河系在其邊緣。

未來的 Lanakea 也許會和旁邊的 Shapely 超星系團喜結連理。不過，即使不合併，Laniakea 星系團仍然是一個橫跨 5 億光年，質量達十億億太陽質量的超星系團，以後和宇宙別的地方外星人自報家門時，說來自 Local Group （約六萬億太陽質量），結果別人在宇宙地圖上根本找不到，說來自 Virgo（一千萬億太陽質量），別人也不知道來自哪個小旮旯，說來自 Laniakea 超星系團別人才有可能用搜索軟體搜到～

（但是這個體積和質量在量級上都不過是可觀測宇宙的百萬分之一。如果把可觀測宇宙平面展開，類比於整個中國的話，Laniakea 也不過是幾千人口，一兩平方公里的小村罷了）

Youtube:

Youku:

Laniakea- 已知最大宇宙結構

最大的尺度：

首先，宇宙微波背景輻射（CMB）示意圖，大家看到過無數遍了。經過 3 代衛星的不懈努力，人們終於知道了在宇宙誕生 38 萬年之後，整個宇宙在大尺度上的漲落。下圖紅色代表密度相對高的地區，藍色代表密度相對低的地區。

大家看了，也許會覺得，在宇宙剛誕生 38 萬年之後，宇宙就已經很不平了，到處坑坑窪窪。

對此，我只能說：

實際上，要知道這些漲落和整個微波背景圖比較，大約只有 1/100000.

這就相當於，如果把微博背景輻射圖展開成地球大小的球面，這個球面的起伏也就 60 米左右，相比較而言，地球雖然看上去像個正球，表面卻有著近 9 公里的起伏。

所以，這幅圖的第一個意思，是，宇宙在早期是非常均勻的！！！

而後,第二個意思，就是這些微小的差異，是以後星系演化的種子。正因為宇宙不是絕對的均勻，以後的星系，才能以這些差異為中心，在引力的作用下不斷吸引，合併，演化到現在。

那麼現在是什麼樣子的呢？

我們現在盯著一個方向看，比如沿著北銀級方向，統計星系在天空的位置和距離的分布，然後得到了下圖。

然後，畫成類似於 CMB 分布的投影圖，我們發現了什麼？

是不是原初的點點斑斕，演變為了一個個超星系團，星系團之間，是不是有著絲狀的聯繫？

如果用球狀的視角看，那麼是什麼樣子呢？

是不是像一個由一個個絲線（宇宙纖維結構，Comic filaments）組成的「宇宙網」（Cosmic Web）？

網中到處是一塊塊的空洞（Voids），很不幸，我們的 Local Group, 大體也在這樣的 Void 附近……（所以我們地球上的夜空那麼黑……要是在 Virgo 或者巨引力源附近，那麼夜空中到處都是各式各樣的星系了）

可見，從 CMB 開始，原處的宇宙差異成為一個個種子，開始由於引力的不穩定性，物質（一開始是暗物質）在原初密度稍微高的地方聚集，形成暗物質暈，而後形成引力勢阱，並逐步集聚重子物質（普通物質）形成星系。而星系之間誕生後不斷合併，形成一個個星系團。一百多億年演化之後，這些星系團組成了一個個如 Laniakea 那樣的超星系團，而在最大範圍上，形成了一個個纖維狀的結構，交織成「宇宙網」。

這之間的動態過程，可以用計算機數值模擬研究。

一副最簡明扼要的圖示：宇宙從各向同性且均勻，逐步演化，形成今天的網狀結構。