星系就像是宇宙中的一座座小岛，每个星系中都“居住”着无数颗恒星，它们被引力束缚在小岛上。不同的星系之间往往动辄相距上千光年，这无论是对于人类的航天器，还是对于单个的恒星，都很难逾越。所以在以前，很多人都认为恒星们也许注定一辈子待在自己出生的星系上，就像困守孤岛的“土著”一样。

但这个想法并不符合真实的宇宙。恒星的真实人生比我们想象的更复杂、更多变——它们不一定钉在一个星系不动，还可能在星系合并或碰撞时“移民”到别的星系去。

2012年，哈勃望远镜拍摄到的宇宙深场图像，这只是宇宙的一小部分，其中每一个点就是一个星系，它们散布在广阔的宇宙间（图片来源：wikipedia）

组装出来的星系

在解释恒星怎么“移民”之前，我们先从星系的形成说起。

目前公认的学说是：宇宙起源于138亿年前的大爆炸。刚诞生的宇宙没有恒星也没有行星，只有一大堆粒子挤在里面，那它又是如何形成了现在的世界呢？

过程是这样的，有一些区域的粒子密度稍大一点，有更强的引力，于是随着时间推移吸引了更多的物质，密度优势越来越大，这些区域便成为了未来形成星系的“种子”。

在此期间，不发光的暗物质有更强大的引力，汇聚成细丝状的骨架，被称为“宇宙网”。普通物质则被宇宙网的引力汇集起来，当气体攒到足够多后，便孕育出最早的星系。詹姆斯·韦布望远镜在2022年发现了两个大爆炸后3亿年就已经形成的天体——HD1和HD2，天文学家们认为，它们很可能就属于最早的一批星系。

在宇宙网上形成的一个个星系聚成了巨大的蛛网（图片来源：CNN）

这些最早的星系亮起宇宙最早的星光，在未来的岁月里，它们仍然受到万有引力的支配。天文学家通过计算机模拟和实际观测发现，大星系凭借引力拆碎、吸收、合并小星系，然后变得更大，是宇宙中很常见的事情。在这个过程中，小星系的碎片还会残留下来形成证据，同时，小星系的气体还会被大星系吸收，成为形成新恒星的原料。

我们所在的银河系，也起源于宇宙大爆炸之后不久形成的一个高密度区域。大量证据表明，在130亿年前，银河系就形成了。而且银河系也合并过小的星系，期间许多恒星“移民”银河系，把它组装成更大的星系。

“星口普查”怎么做？

星系是怎么组装起来的？如何追踪新移民的轨迹？

在人类世界，民政部门会记录和整理人口的信息，这样一来，全球各地移民的大部分信息就可以被清楚了解。我们现在生活的银河系有超过10亿颗恒星，这些恒星有不同的年龄和化学元素丰度，也分布在不同的地方，运行时的轨道和速度也是不同的。天文学家的工作正如同民政部门的工作人员一般，经过他们的分析，我们才能窥到这些庞杂的信息中所隐藏的星系演化密码。

银河系（图片来源：欧空局；翻译：作者）

就拿银河系来说，我们第一眼看它，是一个带着许多旋臂的扁平的星系，其实在平面状的银盘外围，还包裹着球状的银晕。银晕相比银盘要暗很多，是月晕一样包裹银河系的光球。银晕里的恒星很“老”，意味着它们记录着银河系早期的历史。天文学家们经过一番“居民普查”工作，推断出它们有两种来源，一种是银河系刚形成就待在这里的“土著”，另一种则是“移民”。

“土著”们土生土长，然而“移民”原籍何方呢？

银河系在130亿年来，像宇宙中其他星系一样合并了许多小星系，据估算，可能有一半的质量都来自“移民”。银晕中存在许多微妙的结构，例如星流、壳层等等，就是被银河系合并的星系留下的遗迹。

以“星流”为例，它们是一串沿着狭长的轨道，像溪流一样绕银河系运动的恒星，是卫星星系被银河系用强大的引力拆散、拉长而形成的。有星流存在，就说明曾经有一群“移民”跨越星海来到银河系。

艺术家想象的星流（图片来源：wikipedia）

随着望远镜的不断迭代，越来越多代表“星系移民”的结构被发现。例如，2013年发射升空的“盖亚”空间望远镜扫描了银河系和附近约20亿颗恒星，绘制出一幅详尽的三维星图。2018年，天文学家便根据“盖亚”的数据发现了一堆在速度分布图上挤成长棒的恒星，把它命名为“盖亚香肠”。根据后续分析，这根“香肠”其实是一个80~110亿年前被银河系吞下去的矮星系的残骸。

银河系通过类似的一次次合并，吸引越来越多的“星系移民”，逐渐组装过后演化为现在我们熟知的模样。

左图：黄色代表盖亚香肠被合并后留下的痕迹；右图：速度分布图上，银河系的恒星大部分都在上面，但是下面有一个香肠一样的长棒（图片来源：wikipedia）

“仙女”也不例外

我们太阳系就在银河系以内，用望远镜寻找“星系移民”的蛛丝马迹比较容易。而这时我们不免有一个疑问：银河系以外的星系，是否也存在这种情况？天文学家立马想到，仙女座星系（M31）也是银河系一样的涡旋星系，它有没有经历过类似的合并呢？

在2001年，天文学家在仙女座星系发现了一条巨大的星流，这是“星系移民”的证据。只是仙女座星系远在250万光年外，距离如此遥远，想弄清楚这条星流是来自哪个星系，被合并多久了，可有点难度。

在2023年2月，一个国际科学家团队在《天体物理学期刊》发布了一篇论文，他们用到了一个利器——DESI（暗能量光谱仪）。这台望远镜是专门用来探测使宇宙膨胀的暗能量的。它上面有5000根光纤，用来分析天体的光谱背后的信息，哪怕是100多亿光年外的遥远星系都能看得清楚，是目前最强的光谱巡天“神器”。

DESI的真容（图片来源：DESI官网）

有了光谱，就能分析恒星的速度等信息，然后回溯它们的历史。仙女座星系距离我们区区250万光年，在能“看穿”百亿光年距离的DESI面前是小菜一碟。他们成功“破案”，原来仙女座星系的晕中记录的是一次十几亿年前的星系合并事件。现在那里的一些恒星明显比“土著”年轻，正是那次合并来到仙女座星系的移民。

结语

看来，恒星穿梭在星系中，“移民”确实是普遍现象，过去的银河系、仙女座星系都是如此。那么它们还会继续发生合并吗？答案是会的。现在的银河系就正在合并十几万光年外的邻居——大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。它们未来都会和“盖亚香肠”一样，被吸收成银河系的一部分。

据计算，在更遥远的40亿年后，银河系和仙女座星系甚至会发生合并，形成一个新的星系。可惜那时的太阳已经快到达生命的终点，我们不妨畅想一下，那时的人类文明会有怎样的发展，是否能带着太阳去别的星系旅行呢？

银河撞上仙女（假想图）（图片来源：NASA）

作者：书波（科普创作者）

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来源：科学大院

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