宇宙中所有星系的结局是怎样的?它们会随着恒星的死亡消失吗?
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发布时间：2022-04-25 08:05
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时间：2023-11-08 01:54
古希腊的哲学家认为，在地球之外是月亮天、水星天、金星天...，以此类推一直到最高的恒星天，他们认为恒星是固定在天空中不动的点，是上帝给了恒星天第一推动力，让恒星天以下的天体开始围绕地球运转，并且他们还认为恒星是真正永恒的存在。这就是早期人类心中的宇宙模型。
但是后来，人们在对夜空的观察中发现，一些本身暗淡不可见的恒星，会突然变亮，然后在接下来的几周甚至是一个月内光度变淡直到消失，这是人们才知道原来恒星是有生命周期的，也会生老病死。
那么今天的问题是：既然恒星会死亡，那么由恒星组成的星系会在漫长的岁月中消亡吗？它最后会变成什么样子？
我们平时说本星系群时，只会提到银河系和仙女座星系这两个庞然大物，一般会忽略周围的一些矮星系，现在我们就来看下这些无名小卒：
三角星系。它的质量大约是银河系的5%，是本星系群中次于银河系的第三大星系，这个星系有一个螺旋结构，它很可能是仙女座星系的卫星星系。
大麦哲伦星云。这个星系的质量在我们银河系面前相形见绌，质量只有银河系的1%，但是它已经是本星系群中的第四大星系了。由于它离银河系目前非常近，只有不到20万光年，所以银河系的巨大引力已经对这个星系产生了非常大的影响。
在银河系潮汐引力的作用下，大麦哲伦星系内的气体已经开始崩溃、混乱，并且开始产生宇宙中最新、最热、最大的恒星，这个过程就是一个星系恒星爆发的时期，我们称为星爆星系。
这就解释了为什么目前我们最宇宙中发展的质量最大的恒星就处在大麦哲伦星系中的狼蛛星云中。
上图中以此是小麦哲伦星云，NGC 3190和NGC 6822。目前我们并不是很确定具体哪个星系更大一些，但它们的质量都在银河系质量的0.1%到0.6%之间，虽说这三个星系很小，但每一个都包含了超过10亿倍太阳质量的物质，所以在本星系群中也是十分重要的物质源。
上图在M31（仙女座星系）周围的是椭圆星系M32和M110。它们只是仙女座星系的卫星星系，质量非常小，但也包含了超过10亿颗恒星，而且这个星系的质量也有可能比上文所说的三个星系还要大一些。
除了以上这些星系外，在本星系群中还有至少45个已知、更小的星系，它们和以上的星系共同组成了我们的本星系群。
无论本星系群目前有多少个星系、它们的质量和大小是怎样的，在未来几十亿年后，这些所有的星系都会经历一件非常重要的事件，它们并不会像今天这样一直存在。
本星系群里的所有星系都是被引力束缚在一起的整体结构，无论宇宙怎么膨胀，都不想让这些星系互相远离，相反这些星系目前正在引力的作用下互相靠近，除了引力的拉扯外，如果两个星系相互靠近时，也会产生非常大的潮汐力。
说到潮汐力，我们通常会想到月球对地球的潮汐引力导致了海洋在一个方向上凸起，当地球旋转到凸起位置时就会产生“*”，当地球旋转经过低谷时就会产生“低潮”。
但从星系的尺度来看，潮汐力的影响更为剧烈。当一个小星系的一侧靠近大星系的时候，那么这一侧会比另外一侧受到的引力更大。导致的结果就是小星系被拉伸变形，最终被大星系撕裂。
这些小星系：麦哲伦星云和所有的矮星系，它们最后的结局都是以被撕裂，然后被大星系吞并的方式终结。
但是这不是真正的死亡，因为大星系还会存在一段时间。但是我们的银河系和仙女座星系也不会一直保持现在的模样，因为现在这两个星系已经在引力的作用下在宇宙空间中互相起舞，在未来大约40亿年以后，它们会发生大合并。这个合并的过程会一直持续数十亿年，但是最终两个星系目前的螺旋结构都会被破坏，最终形成一个巨大的椭圆星系。
这个本星系群中之前不管存在多少的星系，都会被引力拉扯到一起形成一个单一的星系，这个星系就是有本星系群中目前所有的物质组成。不仅是我们的本星系群，在宇宙中，目前所有被引力束缚在一起的星系群和星系团最终的命运都跟我们一样，但那些没有被引力束缚在一起的结构，会在暗能量的作用下互相远离彼此。也就是说，未来宇宙中的星系会原来越大，越来越少。
但这也不是宇宙中星系的真正死亡，因为还是有星系的存在。但是星系是由恒星、气体和尘埃组成的，而且这些物质的数量是有限的。
在宇宙中，星系的合并可能需要几百亿年的时间才能完成，这时暗能量也会将这些合并后的星系膨胀到非常远的距离、并加速到非常大的速度，导致所有的星系都互相不可见、也不可达到。届时，我们在地球上中只能看到自己星系的恒星，而且我们在宇宙中也只能看到一个星系，就是我们自己所在的星系。
虽然其他星系不可见，但是恒星却在很长的一段时间内会一直存在。因为今天宇宙中那些寿命最长的红矮星它们燃烧完自己的燃料至少需要10万年的时间，而且每个星系中，还会诞生新的恒星，只不过随着气体云数量的减少，形成恒星的速率也会越来越低，直到无法形成恒星。
就算宇宙中最后一颗恒星将自己的燃料燃烧完，宇宙中还会存在恒星的残骸（白矮星和中子星），它们会持续发光几百万亿年才会消失。当这些恒星尸体消失后，在宇宙中还有一些失败的恒星：褐矮星，它们偶尔会合并在一起，重新点燃核聚变，并会持续发光数万亿年。
然而，当最后一颗恒星在未来约10^16年后燃尽时，银河系的质量仍将存在。在某种意义上来说，这不是“真正的死亡”。
但是星系本身不会永远的存在！我们知道在星系中所有的质量物体都会在引力的作用下相互作用，但是不同质量的物质相互作用时会发生以下的事情：
两个质量物质在近距离接触时，会发生速度和动量的交换。
在这个过程中，低质量的物体会获得额外的速度，被“踢”出星系，而高质量的物体会失去速度，下沉到星系的中心。
经过足够长的时间尺度（大约10^19到10^20年），银河系的大部分质量将会被抛出，只有一小部分剩余的质量会被更紧密地束缚在一起。
在星系的中心基本上都会存在一个超大质量黑洞，而这个黑洞会因为吸入太多的物质，而变得质量非常大，可能会创造出一个宇宙中自诞生以来绝无仅有的超级大黑洞。
然而，即使是黑洞也不会永远的存在。
由于霍金辐射现象，黑洞会发生衰变缓慢的损失质量。也许需要10^80到10^100年，时间取决于超大质量黑洞的质量有多大。
因此无论我们如何定义一个星系或它的残余物，它们都会死亡。
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古希腊的哲学家认为，在地球之外是月亮天、水星天、金星天...，以此类推一直到最高的恒星天，他们认为恒星是固定在天空中不动的点，是上帝给了恒星天第一推动力，让恒星天以下的天体开始围绕地球运转，并且他们还认为恒星是真正永恒的存在。这就是早期人类心中的宇宙模型。
但是后来，人们在对夜空的观察中发现，一些本身暗淡不可见的恒星，会突然变亮，然后在接下来的几周甚至是一个月内光度变淡直到消失，这是人们才知道原来恒星是有生命周期的，也会生老病死。
那么今天的问题是：既然恒星会死亡，那么由恒星组成的星系会在漫长的岁月中消亡吗？它最后会变成什么样子？
我们平时说本星系群时，只会提到银河系和仙女座星系这两个庞然大物，一般会忽略周围的一些矮星系，现在我们就来看下这些无名小卒：
三角星系。它的质量大约是银河系的5%，是本星系群中次于银河系的第三大星系，这个星系有一个螺旋结构，它很可能是仙女座星系的卫星星系。
大麦哲伦星云。这个星系的质量在我们银河系面前相形见绌，质量只有银河系的1%，但是它已经是本星系群中的第四大星系了。由于它离银河系目前非常近，只有不到20万光年，所以银河系的巨大引力已经对这个星系产生了非常大的影响。
在银河系潮汐引力的作用下，大麦哲伦星系内的气体已经开始崩溃、混乱，并且开始产生宇宙中最新、最热、最大的恒星，这个过程就是一个星系恒星爆发的时期，我们称为星爆星系。
这就解释了为什么目前我们最宇宙中发展的质量最大的恒星就处在大麦哲伦星系中的狼蛛星云中。
上图中以此是小麦哲伦星云，NGC 3190和NGC 6822。目前我们并不是很确定具体哪个星系更大一些，但它们的质量都在银河系质量的0.1%到0.6%之间，虽说这三个星系很小，但每一个都包含了超过10亿倍太阳质量的物质，所以在本星系群中也是十分重要的物质源。
上图在M31（仙女座星系）周围的是椭圆星系M32和M110。它们只是仙女座星系的卫星星系，质量非常小，但也包含了超过10亿颗恒星，而且这个星系的质量也有可能比上文所说的三个星系还要大一些。
除了以上这些星系外，在本星系群中还有至少45个已知、更小的星系，它们和以上的星系共同组成了我们的本星系群。
无论本星系群目前有多少个星系、它们的质量和大小是怎样的，在未来几十亿年后，这些所有的星系都会经历一件非常重要的事件，它们并不会像今天这样一直存在。
本星系群里的所有星系都是被引力束缚在一起的整体结构，无论宇宙怎么膨胀，都不想让这些星系互相远离，相反这些星系目前正在引力的作用下互相靠近，除了引力的拉扯外，如果两个星系相互靠近时，也会产生非常大的潮汐力。
说到潮汐力，我们通常会想到月球对地球的潮汐引力导致了海洋在一个方向上凸起，当地球旋转到凸起位置时就会产生“*”，当地球旋转经过低谷时就会产生“低潮”。
但从星系的尺度来看，潮汐力的影响更为剧烈。当一个小星系的一侧靠近大星系的时候，那么这一侧会比另外一侧受到的引力更大。导致的结果就是小星系被拉伸变形，最终被大星系撕裂。
这些小星系：麦哲伦星云和所有的矮星系，它们最后的结局都是以被撕裂，然后被大星系吞并的方式终结。
但是这不是真正的死亡，因为大星系还会存在一段时间。但是我们的银河系和仙女座星系也不会一直保持现在的模样，因为现在这两个星系已经在引力的作用下在宇宙空间中互相起舞，在未来大约40亿年以后，它们会发生大合并。这个合并的过程会一直持续数十亿年，但是最终两个星系目前的螺旋结构都会被破坏，最终形成一个巨大的椭圆星系。
这个本星系群中之前不管存在多少的星系，都会被引力拉扯到一起形成一个单一的星系，这个星系就是有本星系群中目前所有的物质组成。不仅是我们的本星系群，在宇宙中，目前所有被引力束缚在一起的星系群和星系团最终的命运都跟我们一样，但那些没有被引力束缚在一起的结构，会在暗能量的作用下互相远离彼此。也就是说，未来宇宙中的星系会原来越大，越来越少。
但这也不是宇宙中星系的真正死亡，因为还是有星系的存在。但是星系是由恒星、气体和尘埃组成的，而且这些物质的数量是有限的。
在宇宙中，星系的合并可能需要几百亿年的时间才能完成，这时暗能量也会将这些合并后的星系膨胀到非常远的距离、并加速到非常大的速度，导致所有的星系都互相不可见、也不可达到。届时，我们在地球上中只能看到自己星系的恒星，而且我们在宇宙中也只能看到一个星系，就是我们自己所在的星系。
虽然其他星系不可见，但是恒星却在很长的一段时间内会一直存在。因为今天宇宙中那些寿命最长的红矮星它们燃烧完自己的燃料至少需要10万年的时间，而且每个星系中，还会诞生新的恒星，只不过随着气体云数量的减少，形成恒星的速率也会越来越低，直到无法形成恒星。
就算宇宙中最后一颗恒星将自己的燃料燃烧完，宇宙中还会存在恒星的残骸（白矮星和中子星），它们会持续发光几百万亿年才会消失。当这些恒星尸体消失后，在宇宙中还有一些失败的恒星：褐矮星，它们偶尔会合并在一起，重新点燃核聚变，并会持续发光数万亿年。
然而，当最后一颗恒星在未来约10^16年后燃尽时，银河系的质量仍将存在。在某种意义上来说，这不是“真正的死亡”。
但是星系本身不会永远的存在！我们知道在星系中所有的质量物体都会在引力的作用下相互作用，但是不同质量的物质相互作用时会发生以下的事情：
两个质量物质在近距离接触时，会发生速度和动量的交换。
在这个过程中，低质量的物体会获得额外的速度，被“踢”出星系，而高质量的物体会失去速度，下沉到星系的中心。
经过足够长的时间尺度（大约10^19到10^20年），银河系的大部分质量将会被抛出，只有一小部分剩余的质量会被更紧密地束缚在一起。
在星系的中心基本上都会存在一个超大质量黑洞，而这个黑洞会因为吸入太多的物质，而变得质量非常大，可能会创造出一个宇宙中自诞生以来绝无仅有的超级大黑洞。
然而，即使是黑洞也不会永远的存在。
由于霍金辐射现象，黑洞会发生衰变缓慢的损失质量。也许需要10^80到10^100年，时间取决于超大质量黑洞的质量有多大。
因此无论我们如何定义一个星系或它的残余物，它们都会死亡。
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