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如果說宇宙在以超光速膨脹,為什麼銀河系還會撞上仙女座星系?

“宇宙一直在膨脹,其膨脹速度甚至可以超過光速”,這是一種常見的說法,而根據天文學家的觀測,銀河系的“鄰居”——仙女座星系,正在向我們沖過來,預計在大約37.5億年之後,它就會撞上銀河系。

所以就有人提出了一個問題:如果說宇宙在以超光速膨脹,為什麼銀河系和仙女座星系還會相撞呢?

首先要講的是,“宇宙在以超光速膨脹”這種說法其實并不嚴謹,準确的說法應該是:當宇宙中兩個點之間的距離達到一定的程度時,這兩個點因為宇宙膨脹而相互遠離的速度可以超過光速。為了說明這種現象,我們不妨來舉個簡單的例子。

現在我們有一把尺子,假設它因為某種機制發生了均勻的膨脹,在1秒鐘之後,它膨脹成了原來的2倍(如下圖所示)。

在這種情況下,尺子上的刻度會因為尺子的膨脹而相互遠離,因為膨脹是均勻的,所以對于尺子上的每一個刻度而言,它與相鄰的刻度相互遠離的速度都是1毫米/秒。

可以看到,這種相互遠離的速度會随着距離的增加而增加,具體表現為,對于尺子上的兩個點而言,它們的距離每增加1毫米,其相互遠離的速度就會增加1毫米/秒,比如說“0”和“1”的距離為10毫米,所以它們相互遠離的速度就是每秒鐘10毫米,而“0”和“5”相互遠離的速度就成了每秒鐘50毫米。

所以我們不難推測出,假如這把尺子原來的長度超過了299792458米,那麼它的兩端因為這種膨脹而相互遠離的速度就超光速了(注:真空中的光速為299792458米/秒)。

同樣的道理,宇宙的膨脹也是均勻的,觀測數據顯示,對于宇宙空間中的兩個點而言,它們之間的距離每增加1百萬秒差距(約為326萬光年),其相互遠離的速度就會增加67.80(±0.77)公裡/秒,這也被稱為“哈勃常數”。

據此我們就可以計算出,當宇宙中兩個星系之間的距離超過了大約144億光年的時候,它們因為宇宙膨脹而相互遠離的速度就會超光速。

然而銀河系和仙女座星系之間的距離“隻有”大約254萬光年,我們根據“哈勃常數”可以計算出,它們之間因為宇宙膨脹而相互遠離的速度約為53公裡/秒,這根本就談不上超光速。

那麼問題來了,雖然這種速度遠低于光速,但是這也表明了銀河系和仙女座星系确實在相互遠離,那為什麼銀河系還會撞上仙女座星系呢?我們接着看。

在天文學中,星系之間因為宇宙膨脹而相互遠離的現象被稱為“哈勃流”,除了“哈勃流”的影響之外,星系還有其他的運動,這被稱為“本動”,因為銀河系和仙女座星系之間存在着引力,所以它們的“本動”就具備了讓它們相互接近的速度。

我們知道,引力的大小與距離的平方是反比例關系,兩個星系離得越近,它們之間的引力就越大,而通過前面的介紹可知,兩個星系之間的距離越近,其受到“哈勃流”的影響就越小,所以在距離較近的情況下,引力的影響就可以占到優勢。

實際上,銀河系和仙女座星系的相對運動可以簡單地描述為:在“哈勃流”的影響下,銀河系和仙女座星系确實存在一個相互遠離的速度,然而在引力的作用下,這兩個星系的“本動”卻又造成了它們具備一個相互接近的速度。

由于距離較近,因此在這場較量中,“哈勃流”的影響就比“本動”小,從而造成銀河系和仙女座星系“相互遠離的速度”低于“相互接近的速度”,如此一來,它們之間的距離就會不斷縮小,并最終撞在一起。


好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見。

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