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星系就像是宇宙中的一座座小島，每個星系中都“居住”著無數顆恒星，它們被引力束縛在小島上。不同的星系之間往往動輒相距上千光年，這無論是對于人類的航天器，還是對于單個的恒星，都很難逾越。所以在以前，很多人都認為恒星們也許注定一輩子待在自己出生的星系上，就像困守孤島的“土著”一樣。 但這個想法并不符合真實的宇宙。恒星的真實人生比我們想象的更復雜、更多變——它們不一定釘在一個星系不動，還可能在星系合并或碰撞時“移民”到別的星系去。  2012年，哈勃望遠鏡拍攝到的宇宙深場圖像，這只是宇宙的一小部分，其中每一個點就是一個星系，它們散布在廣闊的宇宙間（圖片來源：wikipedia） 組裝出來的星系 在解釋恒星怎么“移民”之前，我們先從星系的形成說起。 目前公認的學說是：宇宙起源于138億年前的大爆炸。剛誕生的宇宙沒有恒星也沒有行星，只有一大堆粒子擠在里面，那它又是如何形成了現在的世界呢？ 過程是這樣的，有一些區域的粒子密度稍大一點，有更強的引力，于是隨著時間推移吸引了更多的物質，密度優勢越來越大，這些區域便成為了未來形成星系的“種子”。 在此期間，不發光的暗物質有更強大的引力，匯聚成細絲狀的骨架，被稱為“宇宙網”。普通物質則被宇宙網的引力匯集起來，當氣體攢到足夠多后，便孕育出最早的星系。詹姆斯·韋布望遠鏡在2022年發現了兩個大爆炸后3億年就已經形成的天體——HD1和HD2，天文學家們認為，它們很可能就屬于最早的一批星系。  在宇宙網上形成的一個個星系聚成了巨大的蛛網（圖片來源：CNN） 這些最早的星系亮起宇宙最早的星光，在未來的歲月里，它們仍然受到萬有引力的支配。天文學家通過計算機模擬和實際觀測發現，大星系憑借引力拆碎、吸收、合并小星系，然后變得更大，是宇宙中很常見的事情。在這個過程中，小星系的碎片還會殘留下來形成證據，同時，小星系的氣體還會被大星系吸收，成為形成新恒星的原料。 我們所在的銀河系，也起源于宇宙大爆炸之后不久形成的一個高密度區域。大量證據表明，在130億年前，銀河系就形成了。而且銀河系也合并過小的星系，期間許多恒星“移民”銀河系，把它組裝成更大的星系。 “星口普查”怎么做？ 星系是怎么組裝起來的？如何追蹤新移民的軌跡？ 在人類世界，民政部門會記錄和整理人口的信息，這樣一來，全球各地移民的大部分信息就可以被清楚了解。我們現在生活的銀河系有超過10億顆恒星，這些恒星有不同的年齡和化學元素豐度，也分布在不同的地方，運行時的軌道和速度也是不同的。天文學家的工作正如同民政部門的工作人員一般，經過他們的分析，我們才能窺到這些龐雜的信息中所隱藏的星系演化密碼。  銀河系（圖片來源：歐空局；翻譯：作者） 就拿銀河系來說，我們第一眼看它，是一個帶著許多旋臂的扁平的星系，其實在平面狀的銀盤外圍，還包裹著球狀的銀暈。銀暈相比銀盤要暗很多，是月暈一樣包裹銀河系的光球。銀暈里的恒星很“老”，意味著它們記錄著銀河系早期的歷史。天文學家們經過一番“居民普查”工作，推斷出它們有兩種來源，一種是銀河系剛形成就待在這里的“土著”，另一種則是“移民”。 “土著”們土生土長，然而“移民”原籍何方呢？ 銀河系在130億年來，像宇宙中其他星系一樣合并了許多小星系，據估算，可能有一半的質量都來自“移民”。銀暈中存在許多微妙的結構，例如星流、殼層等等，就是被銀河系合并的星系留下的遺跡。 以“星流”為例，它們是一串沿著狹長的軌道，像溪流一樣繞銀河系運動的恒星，是衛星星系被銀河系用強大的引力拆散、拉長而形成的。有星流存在，就說明曾經有一群“移民”跨越星海來到銀河系。  藝術家想象的星流（圖片來源：wikipedia） 隨著望遠鏡的不斷迭代，越來越多代表“星系移民”的結構被發現。例如，2013年發射升空的“蓋亞”空間望遠鏡掃描了銀河系和附近約20億顆恒星，繪制出一幅詳盡的三維星圖。2018年，天文學家便根據“蓋亞”的數據發現了一堆在速度分布圖上擠成長棒的恒星，把它命名為“蓋亞香腸”。根據后續分析，這根“香腸”其實是一個80~110億年前被銀河系吞下去的矮星系的殘骸。 銀河系通過類似的一次次合并，吸引越來越多的“星系移民”，逐漸組裝過后演化為現在我們熟知的模樣。  左圖：黃色代表蓋亞香腸被合并后留下的痕跡；右圖：速度分布圖上，銀河系的恒星大部分都在上面，但是下面有一個香腸一樣的長棒（圖片來源：wikipedia） “仙女”也不例外 我們太陽系就在銀河系以內，用望遠鏡尋找“星系移民”的蛛絲馬跡比較容易。而這時我們不免有一個疑問：銀河系以外的星系，是否也存在這種情況？天文學家立馬想到，仙女座星系（M31）也是銀河系一樣的渦旋星系，它有沒有經歷過類似的合并呢？ 在2001年，天文學家在仙女座星系發現了一條巨大的星流，這是“星系移民”的證據。只是仙女座星系遠在250萬光年外，距離如此遙遠，想弄清楚這條星流是來自哪個星系，被合并多久了，可有點難度。 在2023年2月，一個國際科學家團隊在《天體物理學期刊》發布了一篇論文，他們用到了一個利器——DESI（暗能量光譜儀）。這臺望遠鏡是專門用來探測使宇宙膨脹的暗能量的。它上面有5000根光纖，用來分析天體的光譜背后的信息，哪怕是100多億光年外的遙遠星系都能看得清楚，是目前最強的光譜巡天“神器”。  DESI的真容（圖片來源：DESI官網） 有了光譜，就能分析恒星的速度等信息，然后回溯它們的歷史。仙女座星系距離我們區區250萬光年，在能“看穿”百億光年距離的DESI面前是小菜一碟。他們成功“破案”，原來仙女座星系的暈中記錄的是一次十幾億年前的星系合并事件。現在那里的一些恒星明顯比“土著”年輕，正是那次合并來到仙女座星系的移民。 結語 看來，恒星穿梭在星系中，“移民”確實是普遍現象，過去的銀河系、仙女座星系都是如此。那么它們還會繼續發生合并嗎？答案是會的。現在的銀河系就正在合并十幾萬光年外的鄰居——大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。它們未來都會和“蓋亞香腸”一樣，被吸收成銀河系的一部分。 據計算，在更遙遠的40億年后，銀河系和仙女座星系甚至會發生合并，形成一個新的星系。可惜那時的太陽已經快到達生命的終點，我們不妨暢想一下，那時的人類文明會有怎樣的發展，是否能帶著太陽去別的星系旅行呢？  銀河撞上仙女（假想圖）（圖片來源：NASA） 作者：書波（科普創作者） |
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