星系的运动是怎么样的？ 凌晨晓骥，PhD student in Astronomy and Astrophysics 三个程度上说吧： 1，最小的尺度：就是 Local Group（本星系群）内的欢快的合体啦～ 由于相互之间的引力，银河系首先会和近邻星系合并，在大约 10 亿年左右吞并小麦哲伦云（SMC），大麦哲伦云（LMC）。之后，在 60 亿年后和 M31 仙女座星系合并。整个本星系群未来会形成一个大的椭圆星系。 银河系和大小麦哲伦云早就开始合并了，事实上，大小麦云的气体正不断的被银河系引力所牵引，形成了麦哲伦星流，落入银河中。 而三个主要的星系 M31，银河系，M33 会相互靠近并合并。M31 和银河系作为 Local Group 的两个主要成员，会相互吸引并在约 40 亿年以后开始碰撞，60 亿年后完全合并。M33 会先绕 M31 运动，最终也会加入新椭圆星系之中。 这个在知乎上早就有了： 如果某一天 M31 和银河系相互并合，在地球的夜晚长期观测会是一副怎样的景象？ 引用博洋兄的图片。可见，几十亿年之后的未来，我们看到的就不是银河，而是一个巨大的银球了。 Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=PrIk6dKcdoU https://www.youtube.com/watch?v=qnYCpQyRp-4 Youku [放放上传] 震撼！！银河系与仙女座星系碰撞画面 壮观的未来星空模拟图 - 仙女星系与银河星系对撞时在地球上看到的星空 2. 大一点的尺度： 这就不能不提及 2014 年夏威夷大学发现的 Laniakea Supercluster（拉尼亚凯亚超星系团） （拉尼亚凯亚超星系团） ps: lanikea 在夏威夷语中意为"无尽的天堂"。 通过对近邻将近 10 亿光年内星系速度的研究，夏威夷大学的天文学家认为 Laniakea 超星系团才是我们银河系所属的“本超星系团”（换句话说，这是束缚我们和周边星系的最大引力范围，之外的就属于其他的超星系团引力范围了），之前人们常说的 Virgo（室女座超星系团）只是其中的一个小部分，其中心在长蛇 - 人马座超星系团的巨引力源处。其边界如下图黄色线内所示。 上图的蓝线和白线是什么呢？看下图就知道了～ 没错，这就是我们附近的星系相对运动速度分布图，箭头代表运动方向。可以看见，整个 Laniakea 星系团所有的星系，都向着中心的巨引力源（The Great Attractor）运动，三维图可能更能说明问题。 上图中每个小点和小球都是一个星系，可见，The Great Attractor 像一个巨大的引力势阱，吸引着 Lanikea 所有的星系。我们的银河系在其边缘。 未来的 Lanakea 也许会和旁边的 Shapely 超星系团喜结连理。不过，即使不合并，Laniakea 星系团仍然是一个横跨 5 亿光年，质量达十亿亿太阳质量的超星系团，以后和宇宙别的地方外星人自报家门时，说来自 Local Group （约六万亿太阳质量），结果别人在宇宙地图上根本找不到，说来自 Virgo（一千万亿太阳质量），别人也不知道来自哪个小旮旯，说来自 Laniakea 超星系团别人才有可能用搜索软件搜到～ （但是这个体积和质量在量级上都不过是可观测宇宙的百万分之一。如果把可观测宇宙平面展开，类比于整个中国的话，Laniakea 也不过是几千人口，一两平方公里的小村罢了） Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=rENyyRwxpHo Youku: Laniakea- 已知最大宇宙结构 最大的尺度： 首先，宇宙微波背景辐射（CMB）示意图，大家看到过无数遍了。经过 3 代卫星的不懈努力，人们终于知道了在宇宙诞生 38 万年之后，整个宇宙在大尺度上的涨落。下图红色代表密度相对高的地区，蓝色代表密度相对低的地区。 大家看了，也许会觉得，在宇宙刚诞生 38 万年之后，宇宙就已经很不平了，到处坑坑洼洼。 对此，我只能说： 实际上，要知道这些涨落和整个微波背景图比较，大约只有 1/100000. 这就相当于，如果把微博背景辐射图展开成地球大小的球面，这个球面的起伏也就 60 米左右，相比较而言，地球虽然看上去像个正球，表面却有着近 9 公里的起伏。 所以，这幅图的第一个意思，是，宇宙在早期是非常均匀的！！！ 而后,第二个意思，就是这些微小的差异，是以后星系演化的种子。正因为宇宙不是绝对的均匀，以后的星系，才能以这些差异为中心，在引力的作用下不断吸引，合并，演化到现在。 那么现在是什么样子的呢？ 我们现在盯着一个方向看，比如沿着北银级方向，统计星系在天空的位置和距离的分布，然后得到了下图。 然后，画成类似于 CMB 分布的投影图，我们发现了什么？ 是不是原初的点点斑斓，演变为了一个个超星系团， 星系团之间，是不是有着丝状的联系？ 如果用球状的视角看，那么是什么样子呢？ 是不是像一个由一个个丝线（宇宙纤维结构，Comic filaments）组成的“宇宙网”（Cosmic Web）？ 网中到处是一块块的空洞（Voids），很不幸，我们的 Local Group, 大体也在这样的 Void 附近……（所以我们地球上的夜空那么黑……要是在 Virgo 或者巨引力源附近，那么夜空中到处都是各式各样的星系了） 可见，从 CMB 开始，原处的宇宙差异成为一个个种子，开始由于引力的不稳定性，物质（一开始是暗物质）在原初密度稍微高的地方聚集，形成暗物质晕，而后形成引力势阱，并逐步集聚重子物质（普通物质）形成星系。而星系之间诞生后不断合并，形成一个个星系团。一百多亿年演化之后，这些星系团组成了一个个如 Laniakea 那样的超星系团，而在最大范围上，形成了一个个纤维状的结构，交织成“宇宙网”。 这之间的动态过程，可以用计算机数值模拟研究。 一副最简明扼要的图示：宇宙从各向同性且均匀，逐步演化，形成今天的网状结构。 详细点的，从高红移（z=27, 宇宙诞生后 1.1 亿年左右）到今天（z=0，宇宙诞生 138 亿年）的宇宙演化： 如果从 CMB 开始算，那就如下图所示。原初的 CMB 光子，经过漫长的岁月，不仅仅波长变长，也会被不断形成的新结构的引力透镜所偏折，越是到后期，结构越不均匀，偏折得也越厉害。 宇宙从均匀的分布开始，由极为微小的涨落，在引力的作用下形成一个个星系，而星系在这个过程中不断互相吸引，合并。像今天的年轻人一样，逃离宇宙中的荒原（宇宙空洞），奔向宇宙中的都市区（超星系团和宇宙纤维结构），连结成了今天的宇宙网。这就是我们这个宇宙中星系运动的总体趋势。 最好最形象的，还是 Videos: Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=74IsySs3RGU&ebc=ANyPxKr4Ptx3j3rAcItkdy53jXraHcZlg2O1x-TjNvrihYj7ewUosqAq9st5LznvbIoxa5ROtqJNGdSIWhKdBWDr44Gp6vcqXw Youku: 惊人的宇宙演化模拟（带注解）【MinutePhysics】 上面的视频坑在没有注明尺度，注意不同时刻的比例尺是不一样的，可以参见下面的视频： https://www.youtube.com/watch?v=xfgDoExbu_Q 随着时间演化，宇宙的细小纤维结构会逐步的落入大的暗物质晕中，但是到目前为止，宇宙总体还是网状结构。每个巨大的暗物质晕都是网络上重要的节点，它们一般是大质量星系团的栖息地。 Reference: http://arxiv.org/pdf/1409.6733v1.pdf http://arxiv.org/abs/1008.2210 http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1409/1409.0880.pdf http://cosmicweb.uchicago.edu/sims.html http://arxiv.org/abs/astro-ph/0405069 Map 14 以上~ 阅读原文
