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要为真理而斗争，欢迎回到2049。 最近翻了翻很多年前科普时代写的 ......
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要为真理而斗争，欢迎回到2049。
最近翻了翻很多年前科普时代写的一些半成品，因为各种各样的原因，这些节目或是写了一半或是就写了个开头，再就写不下去了，非常多，大概能有100多篇，这其中的大多数，直到今天我还是编下去，比如说伽罗华的群论、类星体、库伦常数等等吧，剩下的少部分，我看了看勉强可以编一编，今天这期就是如此。我们生活在太阳系，太阳系则位于银河系，而在银河系之上，更大的单位就是本星系群，其实关于本星系群，2017年的时候也做过一期短篇节目，但是讲得非常有限，只有11分钟不够全面，今天争取全面一下。
本星系群拥有50多个星系，直径约为1000万光年，总质量大约是太阳的2.5×1012倍，也就是25000亿倍。从形状上看，本星系群像是一个哑铃，也就是说，它有两个星系密集的区域，一个是以银河系为中心，外加30多个矮星系的银河系次群，另一个则是以仙女星系为中心，外加10多个矮星系的仙女星系次群。当然50多个星系，我们今天也不可能做到面面俱到，毕竟很多星系，天文学家也没搞明白，你让我怎么编？
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本星系群
我们先看银河系次群。刚才讲到，除了银河系之外，这个次群还包括30多个矮星系，而在这些矮星系中，最著名的当属大、小麦哲伦星云，各位老板应该也都听过。为什么这两个星系格外出名？原因就在于它们和两项科学发现有关，为人类认识宇宙那是作出了并不微小的工作。一项发现是造父变星，这个话题之前倒是专门讲过，所谓的造父变星，就是一种特殊的红巨星，一般来讲，红巨星是非常稳定的，它对外释放的能量也是均匀的。但是有一种红巨星非常拧巴，它核心处的氦元素稳定地进行着核聚变，可是表层的氦元素因为压力和温度不给力不能进行聚变。内心火热外表冰冷，这么一搞，表层就把核心的辐射给堵死了，但是不要慌，因为核心是在源源不断地辐射，所以表层的温度是在不断升高的，就是说它的辐射能力也在提高，达到一定程度之后，被积压的能量就被释放，释放之后，表层又凉了，那就再来一遍。这就形成了恒星光度周期性变化的现象。
图片大、小麦哲伦星云
最早发现的这种恒星是仙王座δ，我们中国称为造父一，所以这一类型的脉动式的恒星就被称作造父变星。1912年，美国天文学家亨利爱塔·勒维特观测了小麦哲伦星云中成千上万颗造父变星，她就发现造父变星的光变周期越长，亮度就越大，这就是所谓的周光关系。也就是说，如果两颗造父变星的光变周期相同，那它们的绝对亮度也是相同的。这就妥了，银河系内也是存在造父变星的，可以先用其他方法比如说周年视差法，测量出这些较近的造父变星的距离，距离知道了，视星等也知道了，就可以推算出这些恒星的绝对星等。然后我们就会得出一个光变周期与绝对星等的对应表格，以后如果遇到距离未知的星团或是星系，咱就找一找这里面有没有造父变星，再观测一下它的光变周期，进而得出绝对星等，然后再对比它的视星等，就可以得出这颗造父变星的距离，这样一来，它所在星系或是星团的距离，也就能推断个八九不离十了。所以造父变星就成为了宇宙的标准烛光，也是因为造父变星的发现和应用，一门全新的学科——现代宇宙学诞生了。
图片勒维特
这是小麦哲伦星云的贡献，再看大麦哲伦星云。上世纪初物理学家发现，原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成，而原子核则是由带正电的质子和不带电的中子构成。另外人们还发现，有一些不稳定的原子核，会自发地变成另一种比较稳定原子核，这就是所谓的原子核衰变。而在衰变之后，原子核有可能变得更轻，比如说α衰变，就是原子核释放出两个质子和两个中子，铀-238转变成钍-234就属于α衰变。也有可能质量保持不变，比如说β衰变，质子释放出一个正电子转变成中子这是正β衰变，中子释放出一个电子转变成质子这是负β衰变，还有一种情况，就是原子核俘获一个轨道电子，这也属于β衰变。碳-14的原子核是由6个质子和8个中子构成，其中一个中子释放出一个电子，转变成了质子，碳-14原子也由此转变为氮原子，这就属于β衰变。
图片α衰变
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β衰变
后来人们又进一步地认识到，不止是这些不稳定的原子核会发生衰变，事实上，几乎所有的原子核都会衰变，也就是说几乎所有的原子核都有自己的寿命，不可能无限地续下去，这些原子核也会随着历史的进程而衰亡。这就意味着在宇宙中，没有什么东西可以永垂不朽。但是要注意，我们刚才讲的是几乎所有的原子核，按照粒子物理学的传统观点，有一种原子核就不会发生衰变，这就是氢原子核。因为所谓的氢原子核其实就是质子，质子本身就是质量最轻的原子核，它不可能发生质量减少的衰变。
至于β衰变也不可能，因为不管是质子释放一个正电子或是俘获轨道电子，它最后都会变成中子，中子的质量是要大于质子质量的，也要大于质子质量加上电子的质量。既然如此，根据质能守恒，凭空多出来的质量就要以能量的形式表现出来。在正常的β衰变中，质子转化为中子之后，原子核结合能会显著改变，这就是多出来的那部分能量，就是说质子不是说不能发生变化，但它要处在一个系统之中，脱离了这个系统那就做不到。可是氢原子核只有一个质子，不存在所谓的原子核结合能，要想把它变成中子，就必须额外施加能量，比如说在加速器中让它和其他粒子高速对撞，或者就是极大地增加压强，中子星就是这么形成的。反正不管怎么样吧，传统理论都认为，质子是不可能发生衰变的，质子就是抵御宇宙衰亡最后的堡垒。就算有一天宇宙中现存的一切都不复存在，那也是一大堆质子飘荡在虚空之中。但是这种观点在上世纪下半叶受到了冲击。
图片质子衰变（艺术想象）
我们知道，自然界存在4种基本力——引力、电磁力、强力和弱力，上世纪60年代，美国物理学家格拉肖、温伯格和巴基斯坦物理学家萨勒曼发现，只要温度足够高，电磁力和弱力就会变成同一种力，这就是著名的弱电统一理论，三位物理学家也因此获得了1979年的诺贝尔物理学奖。但是只统一电磁力和弱力，格拉肖还不满足，后来他又提出，还是只要温度足够高，电磁力、弱力和强力也会变成同一种力，这就是所谓的大统一理论，而这个理论有一个重要的预言，就是质子可以衰变。也就是说，如果我们可以探测到质子衰变，那就可以验证大统一理论，格拉肖就能拿到第二个诺奖了。
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格拉肖、萨勒曼、温伯格
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格拉肖
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质子衰变为π介子（两个上夸克一个下夸克转变为两个下夸克）
那么这个质子衰变和我们要讲的大麦哲伦星云有什么关系呢？没有关系。质子衰变的设想被提出来之后，自然有人就想验证，其中就包括日本物理学家小柴昌俊。问题是怎么验证？小柴昌俊想到一个好办法，日本中部有一个山区小镇叫神冈町，这里有一个废弃矿井，位于地下1000米深处，小柴昌俊就在这个矿井里继续挖，最后挖出来一个深16米、直径15.6米的圆柱形大水池，然后往这个大水池里灌了3000吨的纯水，同时在水池边上，放了1000多个直径20英寸的光电倍增管。小柴昌俊的想法非常粗暴，大统一理论认为，质子的寿命高达1031年，也就是1000万亿亿亿年，但我们清楚，宇宙的年龄不过才100多亿年，至于人的寿命更是可以忽略不计了，九十五六年那就算是高寿了。所以不管是对于人抑或是对于宇宙来讲，观测到质子衰变，概率都是非常低的。
图片小柴昌俊
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光电倍增管
而小柴昌俊的想法就是概率不够、数量来凑。这个大水池里，大概有1033个氢原子也就是1033个质子，所以在正常情况下，这个大水池里应该会有一个质子发生衰变，只要衰变了，就会产生高速运动的带电粒子，这些粒子的速度会超过光在水中的速度，进而产生所谓的切连科夫辐射。其实当时，不止小柴昌俊一个人想要观测到质子衰变，美国的布鲁克海文国家实验室也挖了一个大水池，而且里面装了7000吨的水。也就是说如果真有质子衰变，因为美国实验室更水，所以观测到的概率也就更大。
于是为了赢得竞争，小柴昌俊就决定弯道超车。比水我肯定是比不过你了，但是美国实验室的光电倍增管，直径只有5英寸，这也是当时全世界最大、最先进的光电倍增管。小柴昌俊的办法很简单，我要搞一个直径更大的光电倍增管，然后他就找到了日本的浜松公司，让他们研发一个直径20英寸的光电倍增管，直径放大4被，探测的灵敏度就会放大16倍，虽然你的水是我的两倍，但是里外里，哥们我探测到质子衰变的概率还是你的8倍。这个浜松公司也真是牛B，还真就搞出来了。就这样一大池水再加上1000个光电倍增管，就组成了神冈核子衰变探测器。按照小柴昌俊最初的设想，他会在一年内探测到质子衰变，但是暗中观察整整两年，那就是一潭死水。
费这么大劲挖个大坑，又花了那么多钱搞新设备，最后啥也没有，小柴昌俊不仅自己很痛苦，也没法向政府和民众交待。怎么办？小柴昌俊找到日本政府，他说目前来看，质子衰变那是别想了，可是咱们已经花了这么多钱，总不能打了水漂，那这样，你们再给我拨些钱，我要对神冈探测器进行全面的升级改造，这次咱就不观测质子衰变了，而是探测更加靠谱的中微子。上世纪30年代初，奥地利物理学家泡利宣称，存在一种全新的基本粒子，这种粒子是电中性的，而且质量极小几乎为0，所以人们就称它为中微子，意思就是中性且微小。因为不带电而且质量几乎为0，所以中微子几乎不会和原子核发生相互作用，也就是说它会像幽灵一样，轻易地穿透几乎所有的普通物质。因为如此诡异，以至于泡利提出之后，他自己都怀疑中微子是否真实存在。
不过事实证明，他的预言是正确的。1956年，美国物理学家在核反应堆中，首次发现了中微子的存在。那么除了核反应堆，自然界存不存在中微子呢？为了捕获自然界的中微子，上世纪60年代，美国物理学家雷蒙德·戴维斯跑到了南达科他州，然后找到了一个位于地下1500米深处的金矿，接下来就是灌水，当然他灌的不是水，而是10万加仑、大约是378吨的液体氯乙烯。根据理论，氯乙烯中的氯原子如果和中微子发生反应，就会变成了一个氩原子，同时释放出一个电子。而高速运动的电子又可以引发切连科夫辐射，这样一来，如果探测到了切连科夫辐射，就可以反过来证明中微子的存在。最后在1968年，戴维斯首次探测到了太阳中微子。而太阳也是目前已知的自然界中最大的中微子来源，理论计算表明，每秒都会有3亿亿个太阳产生的中微子悄无声息地穿过地球。
图片雷蒙德·戴维斯
所以说小柴昌俊要做的，其实和戴维斯是一样的。不过可以想见，从探测质子衰变到探测太阳中微子，从开创性地要搞一个大新闻到拾人牙慧，小柴昌俊的内心应该是苦涩的，但是也没有办法，如果探测到了太阳中微子，日本至少可以宣称，成为了继美国之后的、第二个探测到太阳中微子的国家，日本政府和小柴昌俊也可以聊以自慰，给纳税人一点交待。1987年，神冈探测器终于改造完了，因为任务变了，所以它的名字也改成了神冈中微子探测器。小柴昌俊是1926年出生的，这个时候他已经61岁了，当时的日本已经实行延迟退休，男职工的退休年龄被推迟到65岁，但是因为多年来搞科研实在是太累了，小柴昌俊也想我应该离休了，大学教授我都不干了，3月份我就回家躺平。
但是一个人的命运啊自己是不能预料的，这固然要靠自我奋斗，更要考虑到历史的进程，自我奋斗那么多年，什么成果也没有，可偏偏要放弃的时候，历史的进程到来了。1987年2月23日，大麦哲伦星云中发生了超新星爆发，这就是1987A超新星。这次超新星爆发释放了大量的中微子，其中有11个中微子被神冈探测器成功捕获，这是人类首次探测到来自太阳系以外的中微子，而这个发现，也开启了中微子天文学的新时代。因为这一发现，小柴昌俊和戴维斯一起，获得了2002年诺贝尔物理学奖。当然我们也可以说，正是大麦哲伦星云开启了中微子宇宙学的大门。关于这个神冈探测器还有一些后话，因为搞了大新闻，日本政府非常兴奋，所以后来在政府的支持下，日本科学家又扩建了神冈的大坑，里面足足放了5万吨的纯水，这就是超级神冈中微子探测器。事实证明钱也没有白花，1998年，利用超级神冈探测器，小柴昌俊的学生、日本物理学家梶田隆章发现了大气中微子，他也由此获得了2015年的诺贝尔物理学奖。
图片1987A
图片超级神冈探测器
图片梶田隆章
以上就是大、小麦哲伦星云，对人类探索宇宙所作出的贡献。所以说咱们今天表面上是讲本星系群，但实际上是以本星系群为载体，全方位、多维度地提高你的知识水平，科学精神那真是拉满了。好了说完了贡献，我们再回到大、小麦哲伦星云本身。除了照片，你可能是没有亲眼见过大、小麦哲伦星云，因为这两个矮星系只有在地球的南半球才能见到，其中大麦哲伦星云距离地球16万光年，总质量约为太阳质量的170亿倍，而小麦哲伦星云距离地球20万光年，总质量约为太阳质量的24亿倍，确实是一大一小非常明显。关于大、小麦哲伦星云，还有一个非常壮观的天文现象，就是麦哲伦星流。这又是个什么东西？你听我从头给你讲啊。早在19世纪人类就发现，当一个元素被加热时，某些频率的辐射强度会增加，对外表现就是，我们可以看到一条条亮线，这就是所谓的发射谱线。
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大麦哲伦星云
图片小麦哲伦星云
当然发射谱线也不限于可见光波段，从无线电波到微波再到红外线、紫外线以至于γ射线波段，都有可能存在谱线，也就是说，它是存在于整个电磁频谱。当然19世纪的时候，人们的认识还停留在可见光波段。至于为什么会产生这种现象，简单说就是电子被激发时，它会跃迁到能量较高的轨道上，这就是所谓的激发态，而当这个电子离开激发态，重新返回低能量的轨道时，就会释放能量，这些能量以光子的形式发射出去，波长较长、频率较低的光子就落在光谱的左侧，表现为无线电波、微波或是红外线，波长较短、频率较高的光子就落在光谱的右侧，表现为紫外线、X射线或是γ射线，由此就形成了发射光谱。因为每一种化学元素都有着不同的发射光谱，所以借此，我们就可以确认恒星的组成。氢原子当然也有自己的发射光谱，主要就是可见光波段的几条亮线。
图片氢元素的发射谱线
但是在上世纪30年代，奥尔特云的提出者、荷兰天文学家简·奥尔特，从银河系中心接收到了一段波长为21厘米的无线电波，这段无线电波是从哪来的？奥尔特也搞不清楚，说是外星人发射的也不是不可能，后来他就把这一发现告诉了自己的好友——荷兰天文学家范德胡斯特。1944年范德胡斯特提出一个猜想，它有没有可能是银河系中心的氢原子发出来的呢？也就是说氢原子的发射谱线，除了那几种可见光之外，还有一个，就是这个波长为21厘米的电磁波。1952年，这条发射谱线终于被证实，这就是所谓的21厘米氢线。那么为什么在这之前，21厘米氢线在地球上就没有被发现？这是因为21厘米氢线它很有脾气，不是随时都有的，事实上它产生的概率不知道小到哪里去了，在1000万年的时间里，一个氢原子发出21厘米氢线的次数，大概只有一次。
图片奥尔特
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范德胡斯特
所以它第一次亮相，就是来自于银河系的中心，因为星系中包含着太多的氢原子，那数量之多和地球相比，根本就不是一个级别。所以对于星系来讲，单个氢原子发出21厘米氢线虽然概率还是很低，但架不住数量太多，最后的结果就是，在星系中发现21厘米氢线成为了一种必然。那妥了既然如此，我们就可以利用这条谱线，去反过来研究星系。我们知道，星系中70%以上的物质都是氢元素，所以只要搞清楚氢元素的分布，就可以搞清楚整个星系的骨架和区域。在过去这是很难做到的，因为氢原子的谱线就是那几条可见光，在传播的过程中就被各种星际气体和尘埃或是阻挡或是吸收了，但是现在不一样了，21厘米氢线是一种无线电波，它有着极强的穿透力，跨越星际空间完全没有问题。
那妥了干就完了。上世纪50年代，奥尔特利用射电望远镜对南北半球的夜空，都进行了21厘米氢线的观测，然后就画出了银河系内氢元素的分布图。正是基于这张图，人类才终于确定，银河系是一个风车状的漩涡星系，银河系的真面目首次呈现在人类面前。于是在天文学界，21厘米氢线马上就引发了一股观测热潮。1965年，一位名不见经传的天文学家在观测南半球的夜空时，突然发现了一个奇怪的现象，在银河系南极附近，有一处用可见光什么也看不到的地方，但这里却存在着由大量氢原子所构成的云团，而且这些云团的运动速度非常快，远远超过本星系群中的其他天体，所以就被称为高速云。而在此后的五年时间中，天文学家又陆陆续续发现了更多的高速云，这些高速云的分布范围非常广，在南半球的夜空可以说是无处不在。刚开始，人们对这些高速云是一头雾水，完全不清楚它们的来源，但是随着天文观测技术的不断发展，情况很快就有了变化。
图片银河系
1972年，有天文学家测量了这些高速云和地球之间的距离，结果发现，它们和地球之间的距离相差无几，也就是说这些高速云虽然分布很广，但其实是连在一起的。既然如此，这就说明它们肯定有一个源头，源头在哪呢？最早找到这个源头的，是一个名叫马修森的天文学家。1974年，马修森在澳大利亚的新南威尔士州，利用一架射电望远镜，对这些高速云进行了持续的追踪，结果这一追就追到了大、小麦哲伦星云。此后数十年，通过进一步的天文观测，人们终于掌握了这条氢原子大河的全貌，它是由两条支流交汇而成，一条来自大麦哲伦星云，另一条来自小麦哲伦星云，绵延50万光年，最大流速达到了每秒450千米，总质量达到了太阳质量的2.7亿倍，这就是麦哲伦星流。
图片麦哲伦星流
研究发现，这条大河已经奔流了25亿年之久。那问题就来了，它是怎么产生的？其实目前还没有定论，最主流的解释是所谓的潮汐瓦解。我们知道，任何两个物体之间都有引力，而且引力的大小和距离的平方成反比。那我们看月球和地球，月球对地球施加引力，但是因为地球非常大，所以在不同的地方，月球引力的大小也是不一样的。处在月球正下方的叫月下点，这个地方距离月球最近，所以引力也是最大的，而距离月球最远的地方，就是月下点正对的地球背面那一处，这被称作正对点，此处月球的引力是最小的，两处引力的差值就是潮汐力。因为受力不均衡，所以实际上地球就被月球给拉扁了，就是说月下点和正对点都在向上鼓起。当然地壳是铁骨铮铮，这种鼓起根本察觉不到，但海水就不一样了，那是真鼓啊，于是在月下点和正对点就会发生涨潮的现象，而相应的，另外两侧的海水就会出现落潮现象，这就是地球上潮起潮落的原因。
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潮汐力与潮起潮落
不过月球的能力也就仅限于此了，如果把月球换成太阳，先不说烤不烤死的问题，这个时候太阳施加给地球的潮汐力，将超越地球自身的引力，也就是说地球进入到了太阳的洛希极限内，地球的引力无法抗衡太阳的潮汐力，保持不住造型，然后地球就稀碎了，这个过程就是潮汐瓦解。像是著名的苏梅克-列维9号彗星，就是因为受到了木星的潮汐瓦解。好了了解了潮汐瓦解，我们就看一下麦哲伦星流是怎么形成的。1976年到1977年间，天文学家提出了一个早期的潮汐瓦解模型，这个模型认为，大约是在20多亿年前，大、小麦哲伦星云中的部分天体落入到了银河系的洛希极限内，于是就受到了潮汐瓦解，大量的氢原子被剥离出去，然后在银河系强大引力的吸引下，不断地流向银河系，由此便形成了麦哲伦星流。但是这个模型在90年代受到了挑战，原因就是哈勃望远镜升空了。
其实在此之前，天文学家一直以为，大、小麦哲伦星云是在一个比较小的椭圆轨道上，绕着银河系公转，但是哈勃望远镜的观测发现，它们确实是在绕着银河系公转，但是公转轨道是一个相当巨大的椭圆轨道，公转一圈至少要花60亿年。但是大、小麦哲伦星云的年龄不过也才40多亿年，虽然它们现在距离银河系比较近，但这也是它们第一次靠近银河系，而且时间还不长，这就意味着，银河系其实根本没有足够的时间对其进行掠夺，进而剥离出一条麦哲伦星流。于是旧的模型就被推翻了，取而代之的是改良版的新模型。新模型的解释也还是潮汐瓦解，但不是银河系瓦解它们，而是它们互相瓦解。
图片星系被潮汐瓦解
简单说，大、小麦哲伦星云曾经一度非常接近，然后就干起来了，但最后并没有赢家，双方是两败俱伤，不论是大、小麦哲伦星云，都有大量的物质被对方的潮汐力剥离。后来，两个星云都进入到银河系的势力范围，银河系那就不惯你毛病了，于是这些被剥离的物质，在银河系强大引力的作用下，开始不断地奔向银河系，这便形成了今天的麦哲伦星流。其实又何止是这一条星流，早晚有一天，大、小麦哲伦星云都将汇入银河系，而随着星系的碰撞，大量新物质涌入之后，银河系新恒星的诞生速率也会大大增加，它会变得更加繁荣。当然遭到银河系掠夺的，也不只有大、小麦哲伦星云。时至今日，天文学家已经在银河系的周围发现了几十条星流，这些星流就来自于银河系次群中的那些矮星系，而且30多个矮星系是无一幸免绝无例外。弱肉强食，这就是宇宙的残酷法则。
说完了大、小麦哲伦星云，我们再简单看一下其他矮星系。其实很长一段时间中，我们都认为距离地球16万光年的大麦哲伦星云，就是距离银河系最近的星系，但是在1994年，情况发生了改变。上世纪90年代初，三位美国天文学家——伊巴塔、吉尔莫和埃尔文利用射电望远镜，开始探索银河系的隐匿区。所谓的隐匿区，其实就是银河系相对于地球的背面，从地球上看，银河系的中心位于人马座的方向，但我们清楚，银河系中心存在着大量的尘埃和气体，这就是一堵墙，阻挡了银河系背面的天体所发出的可见光，所以一直以来，我们都搞不清楚银河系的另一端到底有什么，这个区域就是所谓的隐匿区。不过无线电波可以穿透这堵墙，于是随着射电望远镜和射电天文学的不断发展，隐匿区终于是隐匿不住了。很快1994年7月，三位天文学家就获得了一个重大发现。
他们在银河系的背面发现了一个天体，该天体距离地球约7.6万光年，而地球距离银心是2.6万光年，也就是说这个天体与银心的距离只有短短的5万光年，但银河系的半径也就是5万光年，所以说它就位于银河系的边缘。那它到底是个什么天体呢？观测发现，这个天体的尺寸大得离谱，虽然距离银心还有5万光年，但直观看上去，它要比银心黑洞大几亿倍，这就意味着，它绝不可能是一个普通恒星，而是一个矮星系，后来这个星系就被称作人马座矮椭球星系。因为游荡在银河系的边缘，所以人马座矮椭球星系也遭到了潮汐瓦解，很多恒星被剥离出去，形成了一条环状的星流。而残存的人马座矮椭球星系，其质量仅为银河系的万分之一。另外该星系一经发现，马上就被公认为距离银河系最近的星系。但是短短9年后，它的地位就不保了，难道说银河系内部还有星系？确实如此。
图片人马座矮椭球星系位于银河系边缘
我们知道，因为碰撞和角动量守恒，在经过了上百亿年的岁月之后，银河系已经成为了一个由四大旋臂构成的、巨大而且平坦的圆盘。银河系中所有的天体，都非常本分地待在这个圆盘之上，并且沿着相同的方向绕银心旋转。但是在2002年，美国天文学家海蒂·纽伯格发现了一件怪事，在麒麟座的方向，距离地球大概3万光年的地方，存在着一个由大量恒星所构成的环状结构。但是这些恒星并没有老老实实待在银盘上，而是像波浪一样忽高忽低、上下起伏，这就是所谓的麒麟座环。为什么会出现这种现象？最合理的解释就是，它们原本不属于银河系，是来自银河系外的不速之客，结果因为靠近银河系，从而发生了潮汐瓦解，麒麟座环就是潮汐瓦解后形成的产物。但是这就有个问题了，作为产物的麒麟座环在这摆着，那么它的本体又在哪呢？这个本体还存不存在呢？
为了搞清楚这个问题，转过年来的2003年，一个由多国科学家所组成的研究团队试图找到问题的答案。它们使用的望远镜叫做2微米全天巡天望远镜。这个望远镜其实不是一台，而是两台，分别安放在南北半球，一个位于美国，另一个位于智利，观测的波段是2微米的红外线波段，和无线电波相比，红外线的波长虽然更短，但是穿透力也基本够用，也能看到很多可见光区域不可见的天体。最后经过整整四年的巡天工作，研究团队在距离麒麟座不远的大犬座方向，找到了一个全新的卫星星系，这就是大犬座矮星系，这个星系的外围恒星已经被银河系的潮汐力所剥离，这就是麒麟座环的来源。观测发现，大犬座矮星系距离银心只有4.2万光年，这就是说它已经一头扎进了银河系内部。就这样，大犬座矮星系一举超越了人马座矮椭球星系，成为了距离银河系最近的星系。
图片2微米全天巡天望远镜
图片人马座矮椭球星系与大犬座矮星系
到目前为止，这两个星系也是人类已知的距离银河系最近的星系，至于它们的最终归宿，其实并无差别，就是被银河系完全吞并，到那时银河系的版图也将得到进一步的扩张。当然这就是相当遥远的事情了，我们肯定是看不到了，不过天文学界普遍相信，在过去的100多亿年中，类似的事件早已多次上演，也正是靠着不断的吞并，银河系的版图才得以扩张到今天这样的巨大的规模。而在未来的几十亿年中，银河系的扩张还会继续，不止是人马座矮椭球星系和大犬座矮星系，事实上，银河系次群中的30多个矮星系，到最后基本都会变成银河系的一部分。但是银河系的扩张也不会永远地持续下去，早晚有一天，银河系会遭遇它命中注定的、最为强大的对手，这就是仙女星系。
图片仙女星系
前面讲到，本星系群由两个次群组成，一个是以银河系为中心的银河系次群，另一个就是以仙女星系为中心的仙女星系次群，接下来我们就简单看一下仙女星系。仙女星系是人类肉眼可见的最远的天体，和银河系一样，它也是一个漩涡星系，距离地球250万光年，直径约为22万光年，总质量达到了太阳质量的12000亿倍，差不多是银河系的两倍，这是当之无愧的宇宙巨无霸。虽然很大，但是因为观测手段十分有限，所以在20世纪以前，人们一直都认为它是位于银河系内部的一团星云，当时人称仙女星云，编号为M31。但是到了上世纪20年代，哈勃在仙女星系中发现了造父变星，计算发现，这个所谓的仙女星云并不位于银河系内部，其与银河系的距离远远超过了100万光年。从此人类才终于明白，原来银河系并不是宇宙的全部，它只是宇宙中一座平凡且普通的孤岛。
后来随着天文观测手段的不断进步，人类对仙女星系的认识也在不断加深，在这其中最让我们感到惊讶的，就是仙女星系的中心黑洞。银河系中心有一个超大质量黑洞，质量高达太阳的400多万倍。仙女星系也不例外，在它的中心也有一个超大质量黑洞，但是二者完全不是一个级别，后者的质量达到了太阳的1.4亿倍。也就是说，虽然仙女星系的质量只有银河系的两倍，但它的中心黑洞质量，却是银心黑洞的30多倍。它怎么就这么猛呢？唯一的解释就是相比于银河系，仙女星系吸收了更多的周围星系，并向中心黑洞源源不断地提供着可供其吞噬的物质来源，而且在这其中不乏大角色。
目前的天文观测表明，仙女星系中大概有460多个球状星团，但是银河系大约只有150个球状星团。所谓的球状星团，其实就是由大量恒星所构成的球状的恒星集团。在这460多个球状星团中，有一个非常特殊，编号为M31 G1，也就是M31星系即仙女星系的1号球状星团。这个球状星团特殊在哪呢？就是它的恒星数量非常恐怖，有好几百万个，而绝大多数球状星团的恒星数量，基本就是几百到几万之间，银河系的球状星团就是如此。M31 G1怎么它就这么大？最合理的解释就是，它的前身是一个独立的矮星系，而且个头还不小，这个矮星系落入仙女星系的魔掌之后，外围物质被仙女星系的潮汐力剥离，最后剩下的只有一个非常致密的核心，这个核心就是今天的M31 G1。
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M31 G1
除了M31 G1，还有一个更狠的角色，2009年，《科学》杂志发表了一篇论文，研究了本星系群中的21个椭圆星系，这些椭圆星系有一个共同的特征，就是体积小、密度高以及年龄老。也就是说这些所谓的椭圆星系，其实在过去都是更大星系的核心，它们的外围物质被银河系或是仙女星系的潮汐力剥离之后，才变成了今天这个样子。而在这些椭圆星系中，人们发现了一个极为特殊的存在，这就是M32星系。M32星系位于仙女星系的南方，是仙女星系的一个卫星星系，直径约为8000光年，质量约为太阳质量的30亿倍。如果我们只看这些数据，M32星系就是一个毫不起眼的平平无奇的小星系。但诡异之处就在于，M32星系的中心居然存在一个超大质量黑洞，质量达到了太阳质量的250万倍。刚才讲到，银心黑洞的质量约为太阳质量的400万倍，但银河系毕竟大啊，约为太阳质量的五六千亿倍，可是M32星系的质量只有太阳质量的30亿倍，这样一个矮星系居然存在一个超大质量黑洞，而且和银心黑洞还差不了多少，怎么解释这个现象？
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M32
唯一的答案就是，曾经的M32无比巨大，想当年它是本星系群中仅次于仙女星系和银河系的第三号人物。那么这位三哥怎么就沦落到今天这个地步？2018年，《自然》杂志发表了一篇论文，利用计算机模拟出了M32星系命运的流转。简单说，M32星系和仙女星系跳了一场持续了50亿年的死亡之舞，整体上看，这场死亡之舞可以分为四个阶段。第一个阶段开始于50亿年前，M32星系和仙女星系在引力的牵引下，开始了双向奔赴。第二个阶段开始于25亿年前，M32星系和仙女星系终于相遇了，由于星系内部非常空旷，所以两个星系就开始互相穿越，而就在彼此穿越的过程中，质量较小的M32星系就被潮汐瓦解了，并形成了包含大量氢气和氦气的星流。
又过了5亿年，第三阶段开始了，外围的星流汇入到了M32星系和仙女星系的核心区域，然后就在这两个星系的内部引发了星暴，所谓的星暴，就是爆发式的恒星形成过程。研究表明，仙女星系中大概有20%的恒星，都诞生于这场星暴，就是说这场发生在20亿年前的星系并合事件，彻底重塑了仙女星系的面貌。最后一个阶段就是我们今天看到的样子，M32星系所有的外围物质都被掠夺，只剩下一个质量仅为太阳质量30亿倍的核心，沦为了本星系群中一个普普通通的矮星系。所以说，仙女星系和银河系都在掠夺其他星系，但仙女星系下手比较狠，它掠夺一些曾经的巨无霸，以至于将其完全吞并，比如M31 G1、还比如M32。就这样，仙女星系成为了本星系群中无可争议的霸主。当然咱们银河系也不算差，不过老话说得好：一山不容二虎，本星系群的老大和老二之间，是否会迎来一场终极决斗呢？我可以明确地告诉你，干肯定是要干的，但银河系并不是败将。
目前的观测表明，虽然宇宙在加速膨胀，但是在可预见的未来，本星系群内部还将继续由引力主导，这就意味着，银河系和仙女星系是在互相靠近的。计算发现，大约40亿到50亿年后，银河系将与仙女星系发生首次接触，随即两个星系就开启了并合的过程，这个过程大约会持续10亿到20亿年。在并合的初期，两个星系将会反复地互相穿越，由于星系内部非常空旷，所以并不会发生恒星相撞的大新闻。但是在互相穿越的过程中，两个星系外围的大量物质都会被对方的潮汐力剥离，从而形成壮观的星流，这样一来，不管是银河系还是仙女星系，它们的漩涡结构都将不复存在。而到了星系并合的中期，两个星系中心的超大质量黑洞会在引力的牵引下互相绕转，与此同时，两个星系都会出现不知道壮观到哪里去的星暴，大量的新生恒星，会像焰火一样点亮夜空。
最后在星系并合的末期，两个黑洞会越靠越近，最终合二为一，并释放出强大的引力波，一股暖流释放之后，夜空重归平静，只有少量的星流，继续向着新形成的星系中心缓缓汇聚。那么这场星系并合大戏，谁是最后的赢家？其实谁也不是，因为银河系和仙女星系过去的样子再也难以寻觅，取而代之的将是一个巨大的椭圆星系，即银河仙女星系，它也将成为本星系群唯一的主宰。当然故事到这里还远远没有结束，银河仙女星系还会继续自己的扩张之路，不断地吞噬周围残存的矮星系，如果它们还存在的话。
最后还有一个问题，在两大星系合并之后，除了那些新生的恒星，过去的原住恒星会有怎样的命运呢？答案是结局并不相同。有一些恒星会被黑洞吞噬，成为星系并合的牺牲品；有一些恒星会平安渡过危机四伏的星系合并阶段，成为银河仙女星系的一部分，但是在这个全新的星系中，他们也将失去特有的运动方向，主要呈现为椭圆星系中的不规则运动，各自向着不同的方向运动着。最后还有一种结局，就是在星系并合的过程中被引力甩出去，然后以很高的速度，在空无一物的星际空间中流浪。至于我们的太阳系，目前基本可以肯定，它不会被黑洞吞噬，因为太阳系位于银河系的郊区，距离银心黑洞足够遥远。计算机模拟发现，太阳系有90%的概率成为幸运儿，继续留在银河仙女星系内部，不过也有10%的概率成为孤魂野鬼。当然这并不重要，因为50亿年后，太阳就将变成红巨星吞噬地球，可你看现在这个尿性，人类还会存在那么久并发展出星际旅行技术么？
