宇宙仍在膨脹 星系為何合并？

梁曉鵬

觀望我們星系之外的宇宙，不難發(fā)現(xiàn)銀河系并不孤獨(dú)；非但如此，而且可以說它是茫茫宇宙這個(gè)滄海中之一粟。宇宙中星系的分布既不均勻，也不隨意，而是聚集在一起，形成一個(gè)個(gè)群體。

在我們這個(gè)小小的角落，有一個(gè)群體，里面主要有仙女座和銀河系，還有4 0多個(gè)小星系和幾千個(gè)球狀星團(tuán)簇?fù)碓谝黄?。幾十億年以后，在未來的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，我們的星系最終將與仙女座合并；之后再過幾

百億年，堅(jiān)持到最后的一些星系也將被吞食。最終的結(jié)局就是：現(xiàn)今所有這些簇?fù)碓谝黄鸬男菆F(tuán)成為一個(gè)橢圓形的巨大星系。

太空的其他地方也會(huì)有各自的未來命運(yùn)：我們的近鄰M8 1星系團(tuán)將形成自己巨大的橢圓形星系，質(zhì)量大約等于1萬億個(gè)太陽(yáng)；而包含1 0 0 0多個(gè)大星系的較遠(yuǎn)的處女座星系團(tuán)最終會(huì)形成一個(gè)巨大的橢圓形星系，其質(zhì)量則是我們太陽(yáng)的千萬億倍以上。

然而，這些星系團(tuán)中最大的，通常是由小星系團(tuán)或個(gè)別星系精致地連接到一起的，它們之間還是有巨大的空隙，不會(huì)合并成為比這個(gè)更大的超巨結(jié)構(gòu)。

為什么不會(huì)呢？像M8 1星系團(tuán)這樣的相對(duì)較近的群體，距離我們大約只有1 . 1千萬光年，為什么不會(huì)與我們合并呢？像處女座星系團(tuán)，距離我們5千萬至6千萬光年，為什么最終不會(huì)吞并我們呢？宇宙中那些更加巨大的星系團(tuán)和超級(jí)星團(tuán)為什么不會(huì)合并呢？

在宇宙中，四大基本力當(dāng)中的引力是最弱的，但是它總是那么具有吸引力。宇宙中大約有1 08 0個(gè)質(zhì)子（暫且不說暗物質(zhì)），難道引力最終不會(huì)使所有這些物質(zhì)向彼此加速靠近么？

信不信不由你，答案是否定的。要想真正理解為什么，我們得一路回到宇宙大爆炸！現(xiàn)今的宇宙圖像中，星系間有數(shù)百萬光年的間隔，整體是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。可是我們得明白，它不總是這個(gè)樣子。與現(xiàn)在相比，原來宇宙的一致性更強(qiáng)，團(tuán)狀結(jié)構(gòu)較少，密度更大，溫度更高，而且膨脹的速度更快！

這一點(diǎn)很容易被忘記，可是如果我們回到1 3 8億年前，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)宇宙中還根本沒有恒星或星系，只是充滿了物質(zhì)和輻射，正在迅速膨脹。如果按照大爆炸理論所說的那樣，宇宙中充滿了物質(zhì)和能量而且開始膨脹，那么就可以想象，會(huì)有兩種不同的東西廝打起來：一方面是初始的膨脹使所有的物質(zhì)和輻射相互離去，就像烤爐中面包里的葡萄干那樣；而另一方面，有引力，物質(zhì)和輻射以及具有能量的任何成分之間相互吸引。在這種加速分離與相互吸引的宇宙大戰(zhàn)中，誰將取得勝利？不管你相信與否，在不同的平面，兩者都會(huì)贏，而且兩者也都會(huì)輸。

最初，在空間中，有些區(qū)域的密度會(huì)稍稍大一點(diǎn)，因此，由于引力的性質(zhì)，這些區(qū)域會(huì)吸引越來越多的物質(zhì)，隨著時(shí)間的推移，恒星、星系以及星系團(tuán)會(huì)形成，而且會(huì)從鄰近的低密度區(qū)域“偷竊”物質(zhì)和能量。

小規(guī)模的高密度區(qū)域會(huì)在千萬年里形成恒星，而密度較小的大的區(qū)域會(huì)花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。如果暫時(shí)撇開膨脹不管，只看密度，那么隨著時(shí)光的流逝，就會(huì)形成一個(gè)網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。在較小的規(guī)模中，有些地方引力會(huì)占上風(fēng)，戰(zhàn)勝初始的膨脹，形成星系、星系群和星系團(tuán)，有些這樣的星系群體的質(zhì)量有銀河系的好幾千倍?？墒窃诟蠓秶校瑓s沒有足夠大的密度以戰(zhàn)勝宇宙的膨脹，尤其是在考慮到暗能量的時(shí)候。宇宙中發(fā)現(xiàn)了暗能量，這說明無論是什么結(jié)構(gòu)，只要現(xiàn)在還沒有被引力捆綁到一起，那么它永遠(yuǎn)也不會(huì)到一起，而只能繼續(xù)遠(yuǎn)離。所以，引力在一個(gè)區(qū)域獲勝并不意味著一切已經(jīng)合并到一起，而且到達(dá)最終狀態(tài)！

在我們這片宇宙空間，仍然有幾十個(gè)星系由于引力而捆綁在一起。它們?nèi)匀皇歉髯缘男窍担恢背掷m(xù)到相互碰撞并最終合并。像處女座這樣的較大較散的結(jié)構(gòu)，其中所有的星系合并大約需要4 0 0億年，是

如今這個(gè)宇宙年齡的幾倍。再往更遠(yuǎn)處望去，我們就會(huì)在時(shí)間上越來越遠(yuǎn)地回到過去，看到宇宙小時(shí)候經(jīng)常發(fā)生的那些合并。

宇宙仍然在膨脹，這一點(diǎn)兒也不假。如果理解了我們的宇宙，包括正常的物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量，我們就能極其精確地知道哪些結(jié)構(gòu)捆綁在一起，而哪些不是。但這并不意味著合并已經(jīng)完成。根據(jù)這些因引

力而捆綁在一起的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布，合并仍然會(huì)發(fā)生幾十億年，更大的合并甚至可能需要數(shù)百億年。

在較小規(guī)模上，引力會(huì)占上風(fēng)，而在較大規(guī)模上，膨脹會(huì)獲勝。所有一切的遙遠(yuǎn)的未來命運(yùn)都將是分散的塊狀物質(zhì)，局部引力強(qiáng)大，其他一切會(huì)隨著宇宙毫不留情的膨脹永遠(yuǎn)離去。但是合并的過程不是轉(zhuǎn)瞬

即逝的，它的完成需要時(shí)間，而我們宇宙誕生的時(shí)間還不夠長(zhǎng)久。舉目四望，到處都能看到正在發(fā)生的星系合并，還有許多星系也將在不遠(yuǎn)的將來發(fā)生合并！endprint