近日，由北京大学、中国科学院大学、国家天文台等单位的天文学家组成的研究团队，围绕“银河系与仙女座星系最终命运”这一经典天体物理问题，取得了一系列相互衔接的重要进展。

研究团队首先基于郭守敬望远镜（LAMOST）的大规模光谱数据，系统构建了仙女座星系（M31）和三角座星系（M33）的高质量超巨星样本；据此，团队重新测量了M31和M33的自行，并成功解决了此前红、蓝超巨星自行测量结果之间长期存在的不一致问题。在此基础上，研究人员重新评估了银河系与M31未来是否会发生并合这一关键科学问题。

研究结果表明，在未来约100亿年的时间尺度上，银河系与M31发生并合的概率高达90%，其并合时间的中值约为65亿年。届时，这两大本星系群中的主导星系将逐步合并，最终形成一个新的巨大星系，常被称“Milkomeda”，在此我们亦可形象地称之为“银仙合璧”。该系列成果为理解本星系群的动力学演化提供了关键观测约束，对揭示类银河系星系的长期演化路径具有重要意义。

相关论文第一作者为北京大学天文系博士生吴昊，通讯作者为中国科学院大学黄样副教授和北京大学张华伟教授。研究成果已发表于《天文和天体物理学研究》（Wu et al. 2025a, RAA, 25, 015012）、《天文学与天体物理学》（Wu et al. 2025b, A&A, 701A, 265）以及《天体物理学杂志快报》（Wu et al. 2026, ApJL, 1001, L19）。此项工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部重点研发计划等多项经费支持。

银河系与仙女座：它们终将相遇，还是擦肩而过？

仙女座星系是距离银河系最近的大型旋涡星系，距离约250万光年。早在一百多年前，天文学家就已从光谱观测中发现“仙女座星云”呈现显著蓝移；按照今天的认识，这对应于M31在银心参考系下以约110km/s的视向速度沿视线方向朝银河系运动,是本星系群中唯一一个接近银河系的大质量星系。因此，银河系与M31未来的轨道演化及其最终命运，长期以来一直是本星系群动力学研究中的核心问题之一。

基于哈勃空间望远镜（HST）的早期直接测量表明，M31相对于银河系的切向速度仅约17km/s，据此学界长期认为二者将在未来数十亿年内不可避免地相遇，并最终于约55亿年后发生并合。然而，随着Gaia高精度天体测量数据的发布，其对M31切向速度的测量结果与HST结果出现一定分歧。基于不同恒星样本得到的Gaia结果存在显著差异：蓝色样本与红色样本对应的切向速度可相差约200km/s，即便是更接近HST结果的蓝色样本，其切向速度也达到约80km/s。

这一背景下，发表于《自然天文》（Nature Astronomy，Sawala et al. 2025）的研究指出，银河系与M31在未来100亿年内发生并合的概率可能仅约为50%。总体来看，HST测量受限于较小视场以及对内部运动改正的模型依赖，而Gaia结果则表现出显著的样本选择效应。由此，当前关于M31切向速度的观测约束仍存在显著不确定性，银河系与M31的最终命运尚无定论，亟需更加可靠的观测与方法加以检验和厘清。

图1: 银河系与仙女座星系并合的艺术想象图。并合之后，这两个星系大概率将演化为一个巨大的椭圆星系——“银仙合璧”（Milkomeda）。图片作者：Lynette Cook，来源：《Astronomy magazine》。

一、从“看清恒星”开始：构建关键样本

为解决这一问题，研究团队首先基于郭守敬望远镜（LAMOST）的光谱数据，对M31和M33中的超巨星样本开展了系统搜寻。由于超巨星具有极亮的本征光度，是这两个近邻星系中最容易被观测到的恒星群体之一，因此成为研究M31和M33自行的理想示踪天体。研究团队首先依据LGGS与Gaia mission的测光判据筛选出可能属于M31和M33的超巨星候选体，随后结合LAMOST提供的视向速度信息以及Gaia的高精度天体测量数据，有效剔除了来自银河系前景恒星的污染。最终，研究团队在M31中识别出199颗超巨星成员，在M33中识别出84颗超巨星成员，并基于其空间分布发现了位于M31东北和西南方向的潜在子结构（见图2）。该工作将光谱证认的超巨星样本规模扩展了约30%，不仅为研究近邻星系中的大质量恒星演化提供了重要数据基础，也为后续开展高精度星系运动学测量提供了更加纯净且可靠的示踪天体。相关成果发表于《天文和天体物理学研究》（Wu et al. 2025a, RAA, 25, 015012）。

图2: M31中超巨星候选体空间分布，其中，蓝色圆圈表示“Rank1”超巨星候选体的位置，绿色圆圈表示“Rank2”候选体的位置；白色和黄色虚线框分别标示了东北角和西南角的潜在子结构。左图基于Herschel SPIRE 250微米图像，右图基于H I 21厘米图像。

二、破解关键争议：Gaia测量为何“红蓝不一致”？

在此基础上，研究团队进一步聚焦于M31和M33的自行测量，这一物理量是决定银河系与仙女座星系最终命运的关键物理参数。基于Gaia DR3天体测量数据，针对此前M31自行测量中红、蓝样本结果存在显著差异的问题，团队采用更新后的蓝超巨星与红超巨星样本，使样本纯净度较以往工作提升至少一个数量级。在此基础上，构建了M31盘的旋转曲线，用以扣除星系内部运动对整体自行测量的影响。研究表明，此前Gaia测量中的样本差异主要源于Gaia DR3中五参数解与六参数解之间的系统偏差：相较于五参数解，六参数解精度更低且存在显著系统偏移；同时，红样本中六参数解占主导，而蓝样本中包含更高比例的五参数解。通过剔除极端红源，并利用背景类星体分别对五参数解与六参数解样本进行自行零点校正，研究团队成功将红、蓝样本的测量结果统一至1σ范围内一致，从而解决了这一长期存在的关键问题（见图3）。最终，基于高精度五参数解样本，团队给出了目前更为稳健且精度更高的M31自行测量结果，对应M31相对于银河系的切向速度为46.7±24.0km/s。对于M33，研究团队采用相同方法精确测量了其自行，并支持M33正处于首次落入M31引力势阱的动力学图景。该工作不仅系统厘清了M31与M33的真实运动状态，也为进一步评估银河系与仙女座星系的未来命运奠定了坚实基础。相关成果发表于《天文学与天体物理学》（Wu et al. 2025b, A&A, 701, A265）。

图3: 基于Gaia DR3的M31红、蓝样本自行测量差异的解决过程。 图(a)–(c)给出了本文蓝、红样本的自行测量结果及其与此前Gaia结果的比较。如图(c)，经历两步改正之后，红蓝样本自行测量结果在1σ范围内一致。图(d)展示了本文最终结果与HST、Gaia DR2和Gaia (E)DR3测量的总体对比，洋红色标志代表推荐使用的Gaia高精度五参数解测量结果。

三、终极答案：银仙是否“合璧”？

基于更新后的自行测量结果，研究团队进一步重新计算了银河系-M31系统未来的动力学演化。团队采用包含银河系、仙女座、大麦哲伦云和M33在内的四体半解析模型，在观测约束及其不确定度范围内，对系统的质量、距离、自行和视向速度等初始参数进行了10,000次蒙特卡洛抽样，并对每组参数对应的未来轨道进行了数值积分。结果表明，在基准模型下，银河系与仙女座在未来100亿年内的并合概率可达90%（见图4），对应的中位并合时间约为65亿年。这一结果在很大程度上恢复了“银河系终将与仙女座并合”的经典图景。

图4: 银河系-仙女座系统未来轨道演化示意图。图中展示了在包含银河系（MW）、仙女座（M31）、三角座星系（M33）和大麦哲伦云（LMC）的四体模型下，随机抽取的100组蒙特卡洛样本对应的银河系与仙女座之间距离随时间的演化轨迹。白色曲线表示采用中心参数得到的轨道，彩色曲线表示在观测误差范围内不同参数组合对应的可能演化路径。结果表明，在基准模型下，银河系与仙女座在未来100亿年内的并合概率约为90%。

更为重要的是，该研究表明，M31自行的细微变化足以显著改变银河系-M31未来轨道演化的整体图景。一方面，M31的自行直接决定两者相对运动中径向与切向分量的平衡；另一方面，还会通过改变轨道平面的空间取向，影响LMC与M33所引起的反射运动在该平面上的投影方式，从而对最终并合产生截然不同的促进或抑制作用。因此，不同的M31自行测量结果将直接导向对银河系-M31未来轨道演化及其最终命运的不同判断。研究同时指出，尽管当前结果明显更支持“银河系与仙女座星系最终将发生并合”的图景，但这一问题仍未被完全定论。在现有测量误差范围内，并合概率在2σ区间内仍可能介于64.7%至100%之间。为了更精确地回答“银河系与仙女座是否必然相撞”这一问题，仍需将M31自行的不确定度进一步降低至约2微角秒/年。这也为即将发射的中国空间站工程巡天望远镜（CSST）在相关科学目标上的设计与优化提供了重要参考。相关成果已发表于《天体物理学杂志快报》（Wu et al. 2026, ApJL, 1001, L19）。

从超巨星样本的系统构建，到仙女座星系自行测量分歧的厘清，再到银河系与仙女座未来命运的重新推演，研究团队系统推进了本星系群核心动力学问题的研究进展。相关工作不仅明确了M31和M33的真实运动状态，也为理解银河系与仙女座大星系的长期动力学演化奠定了坚实基础。

论文链接：

1.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/ad9197

2.https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/09/aa55477-25

3.https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae5799