銀河系最終的命運早已確定。現(xiàn)離我們約有250萬光年的仙女座星系正以每秒300多千米的速度向銀河系駛來。大約再過40億年，兩個星系會發(fā)生碰撞。那時，星系內許多恒星、行星和星云會被甩離原星系，而一些星云的碰撞也會催生出一批新的恒星。幸存下來的恒星、行星和星云將會組成一個更大的橢圓星系。

　　上面描述的是銀河系災難性的未來。但你想不到的是，銀河系似乎在過去就曾與仙女座星系發(fā)生過一次碰撞。這是怎么回事呢？

　　奇怪的矮星系分布

　　這個問題首先是從一個小問題開始的：圍繞銀河系的那些很小的星系，即矮星系，有著奇怪的空間分布。

　　事實上，早在20世紀70年代，就有天文學家指出，圍繞銀河系的矮星系并不是隨機分布的，看起來好像是某些東西把它們拉到特定的位置上，可能是一個更大的星系解體留下的碎屑流。但矮星系分布問題逐漸被人們冷落，因為在當時，大家一窩蜂地都去研究暗物質了。

　　現(xiàn)在，天文學家認為，在早期宇宙中，初始的暗物質分布存在著微小的不均勻性，在自身的引力作用下，暗物質在初始密度高的地方聚集，最終發(fā)生坍縮，并把周圍普通物質也卷入進去，最終形成了旋轉的盤狀物質——星系。

　　根據上面的理論做出的計算機模擬，與天文學觀測的結果很符合。所以我們相信，大多數的星系都“鑲嵌”在一團暗物質暈當中。

　　但這些模擬暴露出一個問題：按理說，當暗物質坍縮為一團暗物質暈時，在周圍會留有一些小的暗物質碎塊，這些碎塊會捕獲普通物質，最終在母星系周圍形成矮星系，這些矮星系應該是隨機形成的。但令人尷尬的是，最近所做的觀測顯示，銀河系周圍的矮星系并不是隨機分布的：這些矮星系構成了一個環(huán)狀結構，而且這個環(huán)所在的平面與銀河系的盤面夾角大致為直角。

　　許多天文學家對上面的小尷尬不以為然。也許，只是因為我們還沒看到所有的矮星系而已。但是，來自德國的天文學家還研究了銀河系周圍其他天體，包括球狀星團（比矮星系小的球形恒星集合）和恒星流（由眾多恒星組成的鏈狀結構，被認為是矮星系分裂后形成的）。他們發(fā)現(xiàn)這些天體的分布也與矮星系的類似。

　　意想不到的碰撞

　　為了解釋這一切，一些天文學家們提出了一個驚世駭俗的觀點——這可能是星系間的碰撞產生的碎片。于是，他們進行了計算機模擬，結果表明銀河系的矮星系的確有可能是因星系碰撞產生的。

　　不過，是誰曾在過去與銀河系交手過？

　　天文學家們始終沒有找到合適的候選者，直到2013年，來自法國斯特拉斯堡天文臺的觀測結果顯示，仙女座星系周圍的矮星系也有著類似的環(huán)狀結構。仙女座星系盤上方的矮星系在遠離我們，而下方的矮星系在靠近我們，表明這些矮星系是處在一個旋轉的環(huán)形結構中。另外，這個環(huán)形結構所處的平面與銀河系的大致都在一個平面上。這一切似乎都在說，這兩個星系曾發(fā)生過碰撞。

　　這怎么可能呢？即使把假定的暗物質都考慮進去，仙女座星系與銀河系也沒有足夠的質量，或者說足夠的引力，在過去及時拉到一起來發(fā)生一次碰撞。

　　所以，這是一個僵局，除非引力本身存在著問題。

　　修改引力

　　牛頓和愛因斯坦的理論都假定，引力的強度與兩個物體之間距離的平方成反比。經過300多年的探索，我們發(fā)現(xiàn)這個理論在太陽系內的確是成立的。但在太陽系外呢？我們從來沒有在更大的尺度下進行過測試。

　　其實，引力在各個地方的表現(xiàn)并不是一樣的，這種觀點早在上個世紀80年代就提出過，為的是替代暗物質模型。這種理論叫做修正牛頓動力學。

　　修正牛頓動力學是說引力場在相對較弱的情況下，其強度不與距離的平方成反比，而是隨著距離的增加衰減得更加平緩。根據這種引力理論，仙女座星系與銀河系之間的引力比傳統(tǒng)計算的要大得多。

　　2014年，一些天文學家經過分析發(fā)現(xiàn)，如果修正牛頓動力學是正確的，那么銀河系和仙女座星系就有足夠的引力在70億到110億年前，發(fā)生過一次碰撞。

　　盡管我們從來沒有檢測過引力強度在很弱的引力場下究竟怎樣，但是許多物理學家都不喜歡去修改引力理論。另外，修正牛頓動力學不是 的，在許多星系或星系團中，我們仍然需要有暗物質的存在，來把這些天體內的物質都聚在一起。

　　總之，修正牛頓動力學無法完美解決問題。

　　超流體暗物質

　　一些美國物理學家提議，還可以用“超流體暗物質”解決此問題。

　　超流體，是一種處在玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的物質。玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)是一個與固體、液體和氣體完全不同的物質狀態(tài)，是某些原子一旦低于特定的溫度時，它們的行為如同一個單一的原子，而且內部物質流動時是沒有阻力的。當溫度上升時，它們很快會恢復到正常狀態(tài)。

　　如果暗物質粒子可以進入玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，那么就可以解決許多問題。在相對較弱的引力場下，暗物質移動緩慢，溫度很低，它會進入玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，因為行為如同一個單一的粒子，意味著其質量或能量是均勻分散到它所存在的范圍里，時空彎曲得會更加平緩，產生了類似修正牛頓動力學中的引力。這樣一來，銀河系和仙女座星系就能有機會在過去發(fā)生過一次碰撞。

　　那么，為什么我們沒有在太陽系內察覺到這個現(xiàn)象？

　　因為我們身邊有個太陽。太陽系內是一個引力場較強的地方，暗物質無法在這里進入玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。每個銀河系的恒星附近也是這樣。不過，我們的星系以及所有其他的星系之間，距離很遠，所以在整個銀河系中，超流體暗物質仍占主導地位。

　　現(xiàn)在，這些物理學家正利用計算機模型來研究超流體暗物質如何影響星系的碰撞，然后再去找哪些天文學觀測可以驗證此理論，以及還準備在實驗室中尋找有哪些低溫下的原子會產生類似的效果。如果有的話，也許我們可在實驗室中用冷原子氣體來模擬星系。

 

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