星系的故事

T这些地区有史以来最大规模的合并即将到来——这个联盟将比理查德•伯顿和伊丽莎白•泰勒的合并更加混乱，比布拉吉丽娜的合并更有明星效应，比新成立的美国航空-全美航空集团提供更多的喷气动力。我们谈论的是银河系和它最近的大邻居仙女座星系的碰撞，科学家现在认为这是不可避免的。这一天体融合将在大约40亿年后开始，并在另外20亿年内结束，产生一个新的、更大的椭圆星系，取代最初合并的两个螺旋星系。

合并是星系通过的例行仪式。太空望远镜科学研究所的Roeland van der Marel说:“我们周围所有被研究得最好的最大的星系，要么是目前正在相互作用的星系，要么是等待发生的碰撞。”“这种情况到处都在发生。”事实上，银河系已经在进行一场规模更小的合并:矮星系人马座的1亿到10亿颗恒星正在落入我们的星系。

但就在40年前，星系可以合并的想法还受到了蔑视，合并后的星系的形状也被认为是一些无关紧要的奇异物种的成员而不予考虑。大多数天文学家认为星系是“岛屿宇宙”，它们是孤立形成的，并一直保持这种状态。关于这一假设如何被改变的故事，始于一些长相怪异的星系和两个追随它们好奇心的兄弟。

O那些兄弟的NE，Alar Toomre，现在是Massachusetts理工学院（麻省理工学院）的应用数学的Emeritus教授。在6'3“和235磅上，顶部有一个着名的圆顶，77岁的托莫在他自己的入场时，”很大程度上很大“。然而，这种印象是软化的，但是，通过一种基因方式和不间断的幽默剥离，在替代宇宙中 - 可能已经将他降落在喜剧俱乐部的工作。出生于爱沙尼亚，托莫尔赢得了他的博士学位。在流体动力学中，假设他为波音或纳卡（NASA的前身）工作。相反，他最终在他的本科母校，麻省理工学院的教学，他的研究发生了意外转弯。

在60年代中期，图姆雷注意到我们的星系奇怪地扭曲后，开始对星系着迷。当时，他想知道大麦哲伦星云(LMC)——一个接近银河系百分之一大小的星系——“是否可能经过并对我们造成了一些损害。”但他的计算表明，如此近的一条通道会拉伸银河系的外臂，直到它们像一束束太妃糖。他很快意识到自己错了，因为我们的星系根本不是那样的，但这个猜想还是把他引向了别的东西。

银河系已经在进行一场规模较小的合并。

完成分析几个月后，他去了帕萨迪纳，在加州理工学院(Caltech)度过了1969-1970学年的休假。尽管图姆雷本可以利用这个机会与类星体的发现者马尔滕·施密特等著名天文学家交流，但他却被更为古怪的霍尔顿·阿普和他的“鼓舞人心的”理论所吸引。奇特星系图集其中包含了300多个形状不同寻常的恒星组合的照片。

对于Toomre来说，查看阿特拉斯这是不可思议的，因为他发现了许多星系——包括arp82和arp87——都有长长的、伸展的旋臂，诡异地让人想起他模拟的银河系与LMC相遇的情景。其他的例子甚至更为壮观。“老鼠”星系(Arp 242)由两个纠缠在一起的星系组成，每个星系都像一个长着细长尾巴的啮齿动物。“触角”(Arp 244)是另一对相互缠绕的星系，但它们看起来像有两只眼睛的昆虫，最引人注目的是，它们有两根超大的触角。Arp的星系揭示了其他装饰着明亮的细丝和羽状物的奇怪结构，以及连接两个星系的恒星“桥梁”。

阿普收集了这些星系的照片，以支持他关于星系形成的非正统观点。然而，图姆雷被这些奇怪的星系吸引，就像医学研究人员寻找不寻常的疾病，以提高他们对人体的了解一样。正如他在1987年的一次采访中所说，对医生来说，遇到一种罕见的疾病远比常见的疼痛更有指导意义。

的阿特拉斯更坚定了他的信念:星系不是孤立的岛屿，而是社会生物，它们可能受到彼此(引力)相遇的强烈影响——在某些情况下，它们会融合在一起，成为一个整体。他还怀疑，这种互动可能是一种规则，而不是例外。但要说服大多数持怀疑态度的科学界，他需要的不仅仅是直觉。

O回到麻省理工学院后，图姆雷和他的兄弟朱里合作，在电脑上模拟星系碰撞。朱里是一名天体物理学家，当时在美国宇航局戈达德太空研究所工作。幸运的是，Juri可以使用戈达德的IBM“Stretch”，这是一个房间大小的主机，构成了那个时代的超级计算机。然而，当时最先进的技术使他们的模拟规模适中，只涉及200个测试粒子。兄弟俩还需要做一个简化的假设，即所有星系的质量都位于其中心。在那之后，就只剩下应用艾萨克·牛顿300年前发明的原理了。他解释说，通过知道作用在粒子上的力和加速度，你可以确定它的轨迹。他们的计算不涉及奇异的物理学，只涉及基本引力。星系碰撞时，不像SUV撞小货车。星系内的恒星间距太大，以至于它们不会相互碰撞——它们拉互相攻击。“任何单个粒子的运动都没有那么显著，”图姆雷观察到。“令人惊讶的是一堆粒子可以形成的图案。”

星系不是孤立的岛屿，而是社会生物。

在他们的模拟结果中，令人惊讶的模式中有许多是在阿普的著名模式中看到的阿特拉斯包括触角星系和老鼠星系。对于图姆勒夫妇来说，这意味着很清楚:星系不断地相互碰撞和扭曲。模拟不仅解释了阿特拉斯它不仅是星系形状的杂糅集合，而且也是星系形状规律的历史。特别是，这对兄弟预测，球状椭圆星系——约占所有星系的10%，其天体大致上类似于一个球体——可以通过两个扁平螺旋星系的融合产生。

今天，我们知道这种星系最终将由与仙女群岛的银河系合并。然而，在当时，托莫尔兄弟面临着令人信服的战斗，说服更广泛的他们的想法。为了抓住这个论点，它将仔细观察又一个不寻常的Galaxy-NGC 7252，或者和平的所谓的“原子”星系。

François Schweizer 1972年在伯克利读研究生时，图姆雷斯的作品发表了，他立刻就对它产生了印象。在加利福尼亚的帕洛玛天文台，以及后来在智利安第斯山脉的塞罗·托洛洛美洲天文台，他探索了椭圆星系是两个螺旋星系合并的自然结果这一命题。在对NGC 7252进行了多年的研究后，他发现了该星系只有一个核但有两条不同的尾巴的迹象，因此暴露出了一个尚未被完全抹去的独立过去的迹象。有趣的是，这两条尾巴是独立的，向相反的方向移动。“在同一系统中出现两种相反的运动，这在以前从未见过。”然而，这正是图姆雷所预测的合并残余。Schweizer在1982年发表的关于这个主题的论文获得了广泛的认可。“这让很多人感到兴奋，导致了一直持续到今天的研究活动。”

今天，可能是合并残余的星系名单已经扩大到50到100个，而且有证据表明，还有数千个星系正在走向合并。至于我们吗?“仙女座正在向我们走来，”图姆雷指出，接下来会发生什么并不神秘:银河系将与它的邻居合并，变成一个椭圆形。几十年前，他和他的兄弟通过简单的计算得出了一个可预测的、实验记录的结果，而这只是这类问题的又一个例子。

马萨诸塞州坎布里奇的作家史蒂夫·纳迪斯(Steve Nadis)说，的特约编辑天文学和发现杂志。他是《总和的历史:哈佛数学150年》。