在閱讀此文前，麻煩您點擊一下「關注」，既方便您進行討論與分享，又給您帶來不一樣的參與感，感謝您的支持。

幾乎可以肯定地說，二十世紀天文學上最重大的發現，莫過於「河外星系」的存在。

所謂的「河外星系」，其實就是銀河系之外的星系。

在過去的幾十年間中，科學家們一度認為銀河系外不可能還有龐大星系的存在。

然而，哈勃帶著新發現的造父變星打破了人們已有的認知，人們這才明白「山外有山」的道理。

也正是基於此發現，宇宙的基本構成單元發生了重大變化：單個恆星不再是基本單位，相反，那由無數恆星、氣體、塵埃組成的龐大天體系統——星系才是。

如此一來，明晰星系的形成和演化的過程也便成了弄懂宇宙生成的必要步驟。

星系形成、演化的宇宙學背景

與任何物理學問題一樣，要想搞明白星系形成與演化的過程必須明晰兩個條件：初始條件和邊界條件。

初始條件指的是，星系究竟是在什麼環境中獲得了形成的契機。而邊界條件關注的略有不同，比如說各類星系是如何長成不同面貌的。

頗為棘手的是，星系形成的「初始條件」並不明朗。

這是因為，這一條件涉及的是宇宙的誕生。

由於任何人都無法回到宇宙誕生之初去見證其發生的經過，所以目前科學界關於宇宙的生成主張實際上是高度理論化的。

這也就意味著，不論是宇宙的誕生還是星系的生成，都建立在大量的假設之上。

其中，最為著名的假設有三個。

其一是哈勃提出的「膨脹」一說。他認為，宇宙各個天體之間正在彼此遠離，給予空間讓其發展。

其二是宇宙的發展是非常均勻的，這一說法類似能量守恆定律。

其三便是推翻了牛頓說辭的廣義相對論。

基於這三個假設所設想的宇宙，大致是一個處於絕對物質平衡的狀態。

但隨著宇宙誕生之初能量的暴漲，舊有的物質平衡被打破，新物質的到來又給整個宇宙帶來了超強的量子擾動。

因而，宇宙間自然出現了因量子擾動程度不一的質量結構，這些質量結構或大或小地組織在一起，成為了最初的星系。

科學家基於共同的函數假設，認為宇宙大爆炸後曾形成了一個星系生長的高峰。

但是，宇宙原初能量導致的量子擾動只是星系形成的一個因素，甚至極有可能是最不起眼的因素。

因為，在星系的形成過程中，發揮關鍵作用的還是無處不在的暗物質。

或者說，星系本身就形成於暗物質聚集的中心之處——暗暈。

暗物質雖然名為「暗物質」，但本質並不神秘，究其根本就是會因引力作用產生動力學摩擦的物質。

這一特性，乍一看別無用處。

可實際上，它直接催發了星系的併合機制。

在宇宙中，星系若想發展，必須依賴自身的質量。

而星系質量的形成與暗物質脫不開關係，甚至在一定程度可以說暗物質便是星系質量的主要構成。

這也是說，想壯大自身的星系，大多數時候需要通過吸收暗物質來增強體魄。

可有趣的是，暗物質豐富的地方，往往又散發出強大的引力誘惑。

換言之，如果某一星系感受到了暗物質的召喚，那麼其餘的星系也有可能感受到了同樣的召喚。

因此，星系要想在宇宙間存活下去，便不得不展開無數場「地盤」爭奪大戰，以便自身吸收更多的暗物質。

值得說明的是，星系之間的「戰爭」，並不是簡單的「你死我活」模式，其併合機制異常複雜，涉及多方面的因素。

星系之間的分分合合

如前所述，各個星系形成之後，並不能與周邊的星系保持友好的鄰居關係。

相反，若是不同星系偶然碰在一起，那麼其中身處較大暗暈中的星系將會吞噬身處較小暗暈的星系。

這就是宇宙間悄然上演的「星系大戰」。

通常認為，「星系大戰」的動因有三方面的原因。

其中之一是物質粒子的摩擦作用。

在整個吞噬過程中，身處較小暗暈中的星系會先成為主導星系的衛星星系，隨後將圍繞後者展開運動。

但這一運動的過程中，衛星星系又會因為暗物質粒子之間的摩擦作用，而被迫損失自身的能量，最終導致整個衛星星系掉入中心暗暈，徹底地淪為主星系的一部分。

在這裡，暗物質粒子既是「星系大戰」的起因，又是戰爭的推手。

著名科學家錢德拉就曾描述過這一場景，他用剛性物體做了個比方。

當一個剛性物體意外進入一片沒有任何摩擦作用的物質粒子之中，勢必會因摩擦作用導致整個物質粒子的運動軌道發生偏離。

軌道的偏離又成功帶跑了剛性物體後面的物質粒子，這些物質粒子被強大的摩擦力吸引而來，數量愈發增多。

最終，剛性物體抵不住身後物質粒子的拖拽，被迫停下運動的腳步，與後面的物質粒子運動逐漸融為一體。

那這是否意味著任何星系聚在一起，都會因為摩擦作用發生併合的現象呢？

當然不是。

根據錢德拉的猜想，摩擦作用要想起到預測效果，只能出現在兩個質量不均衡的星系之間。

試想一下，如果兩個星系同等質量、大小，那麼它們之間所產生的摩擦作用實際上也在互相抵消，根本無法對另一方產生支配的力量。

因此，在質量相當的星系之間，它們更多是發生相互作用，但不會產生進一步的併合現象。

儘管如此，但宇宙總是見不得星系之間和平相處，偶爾也會製造一些偶然契機。

星系之間的高速交匯便是如此。

通常情況下，星系不論質量、大小如何，其運行速度都是相當高速、且不易與其他星系相碰撞。

但是，如果星系的運行速度突然減慢，那麼，不同星系碰撞的機率便會大大地增加。

減慢的原因很簡單：宇宙間突然放射出了新的能量，這一能量為星系所捕捉。

在捕捉能量的那一瞬間，星系原本的運行速度變慢，由此與另一高速運行的星系發生了交匯。

交匯本身所產生的熱量又與宇宙放射的能量一道，完全被速度放緩的星系所吸收。

星系吸收了大量的能量，勢能大大增加，內部開始變得膨脹，膨脹之後的星系便會向周邊散發出強烈的粒子摩擦作用。

如此一來，原本與之擦肩而過的其他星系也就成了它天然的供給品，被強大的摩擦力吸住，難以逃脫。

似乎，宇宙間無時無刻都在發生著「星系大戰」。那麼，有沒有可能一些星系的確處在自生自滅的狀態之中呢？

就現下科學所能觀測到的情況來說，宇宙的不同星系之間確實充滿了鬥爭，但也不排除有些許的星系因其上了年紀吸收不到物質，被「孤立」的情況。

那麼，這類被孤立的星系的唯一結局，就是自己「熄滅」。

在整個星系之中，占據主導地位的莫過於恆星。恆星要想維持自身的發展，就必須吸收星系之外的物質、氣體。

一旦星系周圍氣體減少，恆星便無法繼續吸收氣體，進而導致其生成活動趨於停滯。

當然，恆星停止生長之後，星系依然存在。但由於它無法催生出新的恆星，因此星系最終的結局還是被「餓死」。

一般來說，發展勢頭向好的星系，其吸積能力較強。

不難看出，星系之間總愛上演著分分合合的戲碼。千萬別以為這是宇宙間的專屬浪漫。

實際上，星系之間只好靠著這些分分合合，才有可能塑造出當下宇宙的面貌。

星系演化的後續：燦爛光輝的宇宙面容

星系在併合的過程中，會生成一種極為壯觀的宇宙結構——潮汐尾。

潮汐尾可長可短，其長度取決於星系所受到的引力作用大小。

一般的併合星系，像老鼠星系就存在著延展的潮汐尾，其長度大概是100kpc。而像更極端的超觸角星系，它的潮汐尾長度竟然達到了300kpc，在整個宇宙間熠熠生輝。

作為典型的引力系統，星系內部的恆星、氣體都被引力所束縛著。

但在與其他星系的接觸中，由於星系兩側受到的引力不一致，導致部分恆星運動遲緩，從而拉扯出延展性極強的潮汐結構。

潮汐結構的存在並不僅是為了觀賞之用。

在偌大的宇宙中，任何宇宙現象都具有一定的象徵意義。

換言之，潮汐結構也可被視作星系併合過程中的重要符號。

通常情況下，星系併合的時間在一億光年左右，潮汐結構卻能自出生起，就一直陪伴著星系併合，甚至在併合結束之後還持續存在。

因此，科學家們認為，觀測潮汐結構的形態、長度、亮度等就能清楚地知道星系併合的過程。

而這，還只是潮汐結構存在的一個「小用」。

從宇宙學的角度來說，潮汐結構本身意義非凡。因為，潮汐結構可以催生出新的星團和矮星系。

換言之，星系併合的過程中不僅存在著大星系吞噬小星系的操作，還給予了矮星系生存的空間。

只不過，這些生長於潮汐結構中的矮星系往往是宿主星系的依附。它們本身的物質都是靠吸取宿主星系而來，因而星系質量較小，自身沒有吸積暗物質的能力。

有趣的是，隨著矮星系陸續被發現，不少科學家認為銀河系就是由諸多矮星系吸積、併合而成。

2010年，費貝爾等人測定了來自兩個極暗矮星系中的元素豐度，意外發現這些恆星中的鐵峰元素與銀河系的元素豐度相吻合。

這裡所言的「元素豐度」實則是化學元素的含量。

由於不同化學元素的產生具備不同的天體物理環境和時間要素，如氦元素形成於宇宙爆炸初期，而鎂元素則要等到超新星的爆發才出現。

因此，測定星系之中的元素豐度也不失為測量星系年齡、發展的重要手段。

儘管如此，元素豐度這一測量手段也不是唯一絕對的。

道理很簡單，在漫長的光年內，宇宙間所發生的變化是整體的。元素豐度僅是其中的重要因素，無法代替其餘的影響因子。

這也意味著，銀河系究竟是不是由矮星系吸積、併合而成的這一假說也需要大量、豐富的數據來推算和分析。

但不論如何，矮星系的形成也向人類清楚地表明著，宇宙的生成是何等地複雜。