巨星系：碰撞、合并与吸收

星系合并 — 宇宙之舞与潮汐力。雄伟的旋涡星系NGC 1532（侧视）正受到其小邻居——透镜状星系NGC 1531的引力影响，后者正好位于其中心核球上方。
图片来源：ESO/IDA/Danish 1.5 m/R.Gendler and J.-E. Ovaldsen（新窗口）

科学摘要

Astronoo的文章介绍了星系同类相食，即一个大质量星系在引力作用下吸收较小星系的过程。大型望远镜和系统性巡天的观测揭示了恒星流、潮汐尾和延展晕，这些都是过去或正在进行合并的迹象。动力学摩擦和潮汐剥离逐渐从卫星星系中剥离恒星和气体，使其螺旋式地向宿主星系中心坠落。ΛCDM模型预测了这种层级式成长，银河系和仙女座星系的历史证实了这一点，它们都吸收了许多矮星系。

星系的碰撞和吸收如何将某些星系转变为巨星系？

本文致力于星系同类相食，即一个大质量星系在引力作用下吸引、变形并吸收卫星星系的过程。但这些碰撞和吸收如何将某些星系转变为巨星系呢？答案在于宇宙层级结构：质量最大的星系是通过 successive 合并构建的，每次吸收都带来了恒星、气体和暗物质。引力潮汐力拉伸卫星星系，使其逐渐以恒星流的形式失去恒星，而动力学摩擦则使其螺旋式地向宿主星系中心坠落。这一现象改变了主导星系的形态、密度分布和化学组成，并留下可观测的痕迹，如延展晕、恒星壳层或多重核。ΛCDM模型预测了这种层级式成长，银河系的历史（它已吸收了多个矮星系）以及仙女座星系及其卫星星系的历史都证实了这一点。文章详细介绍了所涉及的机制、观测证据以及这些星系合并最著名的例子。

值得一看

继续探索宇宙的这些主题：

星系同类相食的机制

引力成长过程

星系同类相食是一种天体物理过程，大星系在引力作用下吸引并吸收较小的星系。这一现象促进了巨星的成长和延展恒星晕的形成。

潮汐力导致的变形

引力潮汐力使较小的星系变形并拉伸，导致其恒星和气体逐渐流失。动能被耗散，物质逐渐融入主导星系，形成恒星流和物质流。

宇宙层级结构与ΛCDM模型

由ΛCDM模型预测的这种宇宙层级结构机制，解释了今天我们观测到的大质量星系是如何通过与卫星星系的 successive 合并形成和演化的。我们自己的银河系完美地说明了这一过程，在其历史中吸收了多个矮星系。

吸积与同化过程

吸积的三个阶段

卫星星系的吸积通过多种机制发生。首先，潮汐剥离从卫星星系中剥离恒星和暗物质，形成恒星流和晕。然后，动力学摩擦使卫星星系减速，使其螺旋式地向主星系中心坠落。最后，当卫星被瓦解并将其组成部分纳入宿主星系时，就发生了完全同化。

注：
潮汐剥离是一种天体物理过程，其中卫星星系的恒星和气体在更高质量宿主星系施加的引力潮汐力作用下被剥离。这些力可以拉伸卫星星系，并在主导星系周围形成可观测的恒星流或物质流。这一机制促进了延展恒星晕的形成和星系的形态演化。

宇宙后果

形态和化学变化

这一过程改变了宿主星系的形态、密度分布和化学组成。对大质量椭圆星系的观测常常显示过去合并的痕迹，如环、弧和弥散物质流。

星系同类相食和合并的著名例子

下表列出了几个已确认存在同类相食或合并型相互作用的星系系统及其主要观测特征。

本宇宙中星系同类相食和合并的著名例子
星系系统	相互作用类型	时间尺度	观测证据	相对质量
银河系 - 人马座矮星系	正在进行的吸积	20至40亿年	潮汐流、恒星过密度	1:100
银河系 - 大犬座矮星系	近期吸积	10至20亿年	M型巨星过密度	1:300
银河系 - 恩克拉多斯星系（盖亚-恩克拉多斯）	过去的主要合并	80至100亿年	晕中独特的恒星族群	1:4
仙女座星系（M31） - M32	高级吸收	过去的合并	动力学扰动、厚盘	1:50
仙女座星系 - 三角座星系（M33）	未来相互作用	预计20至40亿年后碰撞	M33外臂变形	1:10
草帽星系（M104）	主要合并	10至20亿年	延展晕、恒星壳层	1:3（合并）
室女座星系团 - 椭圆星系	星系团同类相食	正在进行	多重核星系、潮汐流	可变
NGC 4676（双鼠星系）	正在进行的碰撞	1.5至2亿年	延展潮汐尾	1:1
触须星系（NGC 4038/4039）	高级合并	1至2亿年	双尾、星暴	1:1.3
NGC 520	中期合并	3亿年	受扰盘、物质桥	1:1.5
NGC 3256	星暴星系合并	4亿年	潮汐尾、双核	1:1
NGC 1275（英仙座星系）	与多个星系的活跃同类相食	正在进行	纤维系统、多重核	1:10至1:100
雪茄星系（M82）	与M81的相互作用	1亿年	星暴、HI辐射	1:2
NGC 7727	高级合并	10亿年	多重壳层、恒星流	1:2
ESO 593-8（Tinker Bell Triplet / IRAS 19115-2124）	正在进行的三重合并	正在进行（活跃阶段）	三个星系核、多重潮汐尾	1:1.2:2.5

参考文献

FAQ：关于星系同类相食你需要知道的一切

什么是星系同类相食？

星系同类相食是指一个大质量星系在引力作用下吸收一个或多个较小星系的过程。这一由ΛCDM模型预测的现象促进了巨星的成长和延展恒星晕的形成。它通过恒星流、潮汐尾或多重核等可观测痕迹表现出来。

星系如何吸收另一个星系？

吸收分几个阶段进行。首先，引力潮汐力拉伸卫星星系并剥离其恒星和气体（潮汐剥离）。然后，宿主星系暗物质晕施加的动力学摩擦使卫星减速，使其螺旋式地向中心坠落。最后，卫星完全瓦解，其组成部分被纳入主导星系，改变其形态和化学组成。

银河系是否在吸收其他星系？

是的。银河系目前正在吸收多个矮星系，特别是人马座矮星系和大犬座矮星系，其恒星流在银晕中被观测到。它还在约80至100亿年前经历了与盖亚-恩克拉多斯的主要合并，其独特的恒星族群由盖亚任务确认。

当两个大小相当的星系碰撞时会发生什么？

当两个质量相似的星系相遇时，这一过程被称为主要合并。潮汐力强烈变形两个星系，并触发剧烈的恒星形成爆发。数亿年后，两个系统合并为一个星系，通常是椭圆星系，其形态和运动学保留了碰撞的痕迹。

星系合并时恒星会碰撞吗？

不会，恒星之间的直接碰撞极为罕见，因为分隔它们的距离与其大小相比是巨大的。另一方面，星际气体云经常碰撞，产生冲击波并刺激新恒星的形成。因此，被深度扰动的是恒星轨道，而不是恒星本身。

银河系会与仙女座星系合并吗？

会。仙女座星系（M31）正以约每秒110公里的速度接近银河系。模拟预测约40亿年后将发生第一次相遇，随后完全合并形成一个大椭圆星系，有时被戏称为"银河仙女星系"。恒星本身不会碰撞，但太阳系可能会被移动到合并后星系的另一个区域。