2015 年,由国际射电天文研究中心主导、全球上百位天文学家参与的“星系和质量装配”项目,公布了一项极其震撼且令人绝望的观测结果:我们的宇宙正在慢慢死去。
科学家们利用世界上最强大的七台空间和地面望远镜,在从极紫外线到远红外线的21个不同波段上,对极其广袤的宇宙空间中的 20 万个星系进行了极其精确的能量测绘。
结论是极其致命的:与 20 亿年前相比,今天宇宙所产生的能量总和已经精确地下降了一半,并且这种衰减正在全波段内持续发生,首席研究员西蒙·德赖弗用了一个极其形象且悲凉的比喻:“宇宙就像一个在沙发上慢慢躺下的老人,盖上毯子,准备陷入永恒的长眠。”
更残酷的真相是,在极度遥远的未来,不仅现有的星系会逐渐暗淡,整个宇宙中再也不会有新的、类似于我们银河系这样充满生机的巨大螺旋星系诞生了。
我们总以为自己生活在宇宙最辉煌的时代,但事实上,我们是一群“迟到”的看客。
在宇宙学中,衡量宇宙生机活力的一个绝对核心指标是“恒星形成率”,天文学家通过观测遥远宇宙的红移,极其精准地还原了宇宙诞生至今 138 亿年的恒星形成历史。
数据表明,宇宙并不是匀速生产恒星的,大约在宇宙大爆炸之后的 30 亿到 40 亿年,整个宇宙陷入了一场极其狂热、极其暴力的“造星运动”,天文学家将这个时期称为“宇宙正午”。
在那段宇宙的黄金岁月里,星际空间中弥漫着极其浓厚、冰冷的氢分子云,星系之间的距离比现在近得多,极其频繁的引力碰撞和星系合并,像揉面团一样疯狂地挤压着这些冷气体,触发了全宇宙规模的“星暴”。
那是宇宙最明亮、最喧嚣的时刻,巨大的蓝色恒星如同极其绚丽的烟花,在每一个新生的星系中成群结队地炸裂。
但是,巅峰即意味着衰落的开始。
从“宇宙正午”的巅峰期过后,大约在距今 100 亿年前,宇宙的恒星形成率就开始了不可逆转的断崖式暴跌,今天宇宙生成新恒星的速度,仅仅只有鼎盛时期的 3% 左右,我们今天看到的银河系,不过是那场极其宏大的宇宙狂欢过后,留下的几点极其微弱的余烬。
为什么宇宙不再疯狂制造星系和恒星了?
因为造星的“燃料”快被烧光了,而且现存的燃料再也无法被点燃。
恒星的诞生,需要极其苛刻的物理条件。它不是随便一团热气就能坍缩而成的,它需要极其冰冷且极其高密度的分子云,只有当气体的温度极低时,气体内部的热膨胀压力才能小到被自身的微弱引力所克服,从而引发极其剧烈的引力坍缩,最终在核心点燃核聚变。
过去 100 亿年里,成千上万亿颗恒星的诞生消耗了极其巨量的冷气体,而那些极其巨大的恒星在死亡时爆发出的超新星,会将极其恐怖的能量注入星际介质中,这虽然把重元素抛射到了宇宙中,但也把周围极其广阔区域的冷氢气加热到了几百万度,被加热的气体如同膨胀的热气球,再也无法坍缩形成新的恒星。
在绝大多数庞大星系的中心,都潜伏着一个质量达到太阳几百万甚至几十亿倍的超大质量黑洞,当星系内部有大量冷气体落向黑洞时,黑洞的吸积盘会爆发出极其耀眼的辐射,甚至喷射出以极接近光速运动的相对论性喷流。这就是所谓的“活动星系核”。
它喷射出的极其恐怖的能量风暴,会像一台超级星系吹风机,直接将星系盘面上残存的冷气体无情地吹出星系晕,彻底剥夺星系继续制造恒星的能力。
要制造一个像银河系一样拥有上千亿颗恒星、极其庞大且结构极其复杂的巨大螺旋星系,需要极其漫长的时间和极其大量的“建筑材料”,在宇宙演化的标准模型中,星系是自下而上形成的:先是极其微小的暗物质晕和气体云聚集形成矮星系,然后这些小星系在引力的牵引下,不断地相互碰撞、吞噬、合并,最终像滚雪球一样长成巨大的银河系。
这意味着,星系的诞生和成长,极度依赖于宇宙中物质的“互相靠近”。
但暗能量正在极其疯狂地破坏这个基础,暗能量是一种充斥着整个空间、具有负压强的极其神秘的能量,它正在极其狂暴地导致宇宙的膨胀加速。
随着宇宙的不断加速膨胀,星系和星系群之间的空间被极度拉伸,它们正在以极其恐怖的速度互相远离。目前,除了像“本星系群”这样,已经被引力极其牢固地死死绑在一起的局部小团体之外,宇宙中极其宏大的“宇宙网”结构正在被暗能量无情地撕裂。
在极其遥远的未来,相隔较远的星云和矮星系,其相互之间的万有引力将再也无法抵抗暗能量带来的空间加速膨胀,它们永远失去了相遇、碰撞、融合成一个巨大螺旋星系的机会。
既然再也不会有新的银河系诞生,那么宇宙中现存的这些星系,它们的终极命运是什么?
天文学家在给宇宙中的星系进行人口普查时,发现星系在颜色上存在极其明显的分野:
一种是“蓝云星系:这类星系主要是像银河系一样的螺旋星系,因为内部富含极其短命、温度极其高、散发着极其耀眼蓝光的年轻大质量恒星,所以整体呈现蓝色。这代表着生机与活力。
另一种是“红序”星系:这类星系通常是极其庞大的椭圆星系,它们内部的冷气体早已枯竭,再也无法诞生新星。只剩下那些寿命极其漫长、表面温度较低、散发着红光的黯淡老恒星,这代表着衰老与死亡。
在过去的一百亿年里,宇宙的整体颜色正在发生极其缓慢但绝对不可逆转的演变,从明亮的蓝色,逐渐沉沦为暗淡的暗红色,科学家甚至专门计算过目前宇宙的平均颜色,并将其命名为一种略带苍白的“宇宙拿铁”色,而这杯拿铁,正在极其缓慢地变冷、变暗。
我们的银河系,目前正处于极其尴尬的“绿谷”过渡期。
虽然银河系目前每年还能勉强产生大约 1 到 2 个太阳质量的新恒星,但这极其微薄的产量与过去的星暴时代相比,如同风中残烛,银河系内部的冷气体储备正在见底,大约在 40 亿年到 50 亿年之后,银河系将迎来它生命中极其壮烈、也是最后的一场狂欢,它将与邻近质量更大的仙女座星系发生极其极其惨烈的正面碰撞。
这场被极其恐怖的引力主导的宇宙级车祸,将瞬间挤压两大星系中残存的所有冷分子云,引发一场全星系级别的末日星暴,天空中将同时亮起无数极其耀眼的超新星。但这场狂欢是极其短命的,它将彻底耗尽两个星系中最后的一丝造星燃料,并将极其巨量的气体彻底喷射进星系际的荒芜真空中。
当碰撞的尘埃落定,曾经拥有极其美丽且充满生机的旋臂的银河系和仙女座星系,将不复存在。它们将合并成一个极其庞大、毫无特征、极其死寂的巨型椭圆星系:“银河仙女星系”。
在这个新诞生的宇宙巨兽体内,将再也不会有一丝冷气体,再也不会有一颗新恒星诞生。所有的恒星只能在极其幽暗的深渊中,排着队等待数十亿年后属于自己的熄灭倒计时。