五、星系的演化
天文学家知道，一些最古老的星系在宇宙诞生后数亿年就出现了。宇宙在经历最初的膨胀之后，不同区域的物质密度会稍微有点不一样，科学家认为最早的那些星系应该是在密度稍微大一点的地方诞生的。但是对于星系究竟是如何形成的，天文学家遇到了一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。多数大星系的中心都有超大质量黑洞，它们的质量是太阳的数十万到数十亿倍。有可能是黑洞先出现，然后星系在黑洞周围生长。也许是星系先出现，其中的小黑洞合并，以气体、尘埃和恒星为食，最终变成了超大质量黑洞。这个问题还有待进一步研究确认。
图8-18 NGC 2444（左）和NGC 2445（右）
有时候，星系会发生碰撞。其实星系在发生碰撞时，两个星系中几乎没有恒星会碰上，这一点和我们想象的很不一样。原因在于恒星与恒星之间的距离实在太过遥远，不太可能撞上。但星系碰撞可以压缩气体云，形成新的恒星。图8-18呈现的是NGC 2444（左）和NGC 2445（右）两个星系的碰撞，碰撞引发了恒星诞生潮，产生了图中不同寻常的由年轻蓝色恒星构成的三角形区域。
图8-19 触须星系
随着两个星系互相靠近，引力作用使得星系变形。其结果是包含几十亿颗恒星的旋臂被拽了出来，而且这些恒星被送入完全不同的轨道。图8-19中的天体是触须星系，实际上是NGC 4038 （左）和NGC 4039 （右）两个星系撞在了一起。触须星系得名于它那两条长长的“触须”，从两个星系的核心一直延伸到很远的地方。这两条“触须”是星系碰撞产生的潮汐尾，大约是在两三亿年前两个星系最初相遇时形成的。
星系碰撞过程会持续数亿年以上，最后结果如何取决于两个星系的大小形态及它们的运动路径。如果很小的星系与大型星系发生碰撞，小星系通常被吞噬掉，而大星系没有明显变化。两个星系可能擦肩而过，继续在各自的路径上运行，不过它们的形状会与碰撞前的不一样。两个星系也许会迎面撞上，它们就可能合并形成一个更大的星系。形成的星系看起来可能与创造它的两个星系非常不同。要是两个星系差不多大，其中一个是椭圆星系，另一个是旋涡星系，那么它们一旦迎面相撞，旋涡星系可能会变成一种罕见的环状星系——在新星系的边缘形成一个物质环，其中充满了形成新恒星所需的气体和尘埃。
图8-20 霍格天体
图8-20是天文学家亚瑟·霍格（Arthur Hoag）发现的一个近乎完美的环星系。外围是一个由明亮的蓝色恒星主导的环，而中心区域呈球状，由颜色偏红的年老恒星组成。在环与中心球状区域之间有一条几乎完全黑暗的缝隙。霍格天体跨度10万光年，距离地球6亿光年，天文学家认为它起源于数十亿年前的一次星系碰撞。
在地球上，我们通过肉眼能够看到约6 000颗恒星，还有一个肉眼可见天体位于银河系之外——仙女座星系，它是距离银河系最近的大型星系，是一个旋涡星系，也是我们在夜空中凭借裸眼能看到的最遥远的天体之一。它看起来就像天上的一个斑点，但观测表明，仙女座星系包含数千亿颗恒星，可能有银河系的三倍大。仙女座星系是可观测宇宙中数千亿个星系中的一员，虽然它距离银河系有250万光年，但是从宇宙尺度看，它是银河系的邻居。大部分星系会随着宇宙的膨胀而相互远离，而仙女座星系正在以大约50万千米每小时的速度向我们靠近。
图8-21 仙女座星系和银河系碰撞（地球视角）
星系碰撞听起来很罕见且非常危险——数千亿颗恒星狭路相逢，实际上，在宇宙的漫长历史中，星系碰撞和随之而来的星系融合是很普遍的。仙女座星系和银河系在过去几十亿年的岁月中都曾经将其他小星系收为己有。科学家预测，大约40亿年后银河系和仙女座星系会碰撞。经历最初的碰撞之后，两个星系都会张开旋臂，在潮汐力作用下长出尾巴，如同触须星系那样。第一次碰撞后，两个星系会相互远离，然后引力又会把它们拉回来，发生第二次碰撞。随着越来越多的恒星被抛出星系，形成复杂多样的丝带结构，两个星系最终会形成一个巨大的椭圆星系。整个碰撞重组过程需要20亿年。假如未来几十亿年中，人类和地球一直存在，那么人类就会见证这场波澜壮阔的碰撞过程，就像图8-21呈现的那样。
【扩展阅读】
[1]约翰·格里布本.万物简介：星系是什么[M].孙红贵译.杭州：浙江科学技术出版社，2022.
[2]威廉·H.沃勒等.星系与星际边缘[M].师且兴译.北京：外语教学与研究出版社，2009.
[3]埃里克·蔡森，史蒂夫·麦克米伦.今日天文：星系世界和宇宙的一生[M].高健等译.北京：机械工业出版社，2016.
[4]霍弗特·席林.星系[M].庄仲华译.北京：北京科学技术出版社，2022.
[5]美国世界图书出版公司.漫游星系[M].郭晓博译.北京：机械工业出版社，2020.