仙女座大星云仙女座大星云——不平静的过往（上）

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仙女座星云——不确定的过去(一)

编制人:艾玉玺

校对:许

图1:仙女座星云/M31/NGC224

来源:维基百科

星系合并在星系的发展和演化中起着重要的作用。仙女座星云(M31，也被称为仙女星系)是一个螺旋星系，与我们的银河系有许多相似之处，距离我们75.2万帕斯克(kpc，约245万光年)。对我们来说，研究星系合并的历史是一个极好的目标。作为地球上的观测者，仙女座星云是可以作为一个整体来观测的，而且离我们足够近，这样我们就可以分辨出它的星系盘中的每一颗恒星，恒星晕和伴星矮星系。

理查德·德索萨和埃里克·贝尔将仙女座星云中观测到的恒星晕特征与大规模宇宙学模拟获得的统计特征进行了比较。他们发现，对仙女座星云观察到的特征的一种可能解释是，仙女座星云在20亿年前与一个质量大约相等的星系合并。

视频:等质量星系合并的过程(主合并)

通常有两种方法来研究星系的等级增长。一种是研究一系列红移不同的星系，从而得到它们随时间增长的统计结果；二是研究近域宇宙中的单个星系，通过对星系中恒星的详细观测来推断星系的合并历史。同样，我们对星系合并背后的物理规律的理解也可以通过两种方式来检验:一种是在宇宙尺度上模拟星系的生长，另一种是详细模拟单个星系的合并。

对仙女座星云恒星晕的研究表明，仙女座星云近年来明显比银河系有更活跃的合并历史。星系合并过程中的潮汐力会产生恒星流和壳层，这两种结构在横穿整个星云的仙女座星云的恒星晕中表现得很明显。研究人员为仙女座星云的次合并事件制作了高分辨率的数值模型，成功地再现和预测了观测星系中最大的恒星流和壳层结构。模型的模拟结果与观测结果在恒星密度分布空与恒星视距离和速度之间高度一致。通过对观测和模拟结果的定量匹配，研究人员的模型可以给出合并前体天体、碰撞时间和仙女座星云总质量的约束条件。星系合并前的质量是10-50亿太阳质量，星系碰撞后的合并时间是10亿年左右。根据预测，这种次合并事件对仙女座星云的星系盘影响不大，生成的恒星流和壳层结构应该包含了大部分从合并前兆天体上剥离下来的恒星。

图3:银河系恒星流示意图

对仙女座星云圆盘的观测也表明它有活跃的合并历史。仙女座星云的圆盘有一个巨大且寿命相对较长的恒星产生环，直径约为10公里。在过去的40亿到20亿年里，这个环有着明显而广泛的恒星形成过程，非常厚，年龄与速度色散关系的变化率很高。仙女座星云的内晕中也有一组盘族星，它们是“受热”的，具有类似恒星晕的运动学特征。此外，最近的研究表明，富含气体的合并后，恒星盘可能会存活或重建。这一发现促进了主要合并事件的数值模拟。人们希望研究仙女座星云的星盘是否会受到扰动，是否会产生更大的恒星流和壳层系统。通过对仙女座星云合并事件的高分辨率流体动力学模拟，研究人员探索了该星系的恒星盘、恒星流、外壳和内部光环在一次合并中可以恢复多少。对于质量比为4:1的合并事件，人们对M31星盘和星晕的大尺度性质得到了很好的定量拟合结果，对潮汐碎片形状得到了很好的定性拟合关系。