本星系群的总质量约为2.5至3.3万亿倍太阳质量，其中银河系与仙女座星系贡献了绝大部分引力质量，而暗物质则构成了这两个主导星系的质量主体。 这一数值并非一成不变，随着观测技术与动力学模型的发展，天文学家对本星系群质量的估计经历了从粗略量级到百分之几精度的演进。理解本星系群质量，不仅是给我们的宇宙邻居“称重”，更是检验暗物质分布、星系形成历史与宇宙学模型的关键切口。
一、本星系群的质量量级：一个动态收敛的数值
本星系群是由银河系、仙女座星系（M31）及其众多卫星星系组成的引力束缚系统，覆盖范围约1000万光年，其边界大致由零速度面标定——在该半径之外，星系随宇宙膨胀退行，而之内则被本星系群的引力所支配。对这样一个弥散系统的质量测量，本质上是对其引力势的间接推断。
早期研究给出的本星系群总质量存在较大跨度。1999年的一篇经典综述基于当时数据给出 (M_{\rm LG} = (2.3 \pm 0.6) \times 10^{12} M_{\odot})。2012年，van der Marel等人利用哈勃空间望远镜对M31的观测，结合计时推理法，将估计值更新为 ((3.17 \pm 0.57) \times 10^{12} M_{\odot})。而2025年发表的一项基于哈勃流模型的研究则给出了一个更为精简的数值：((2.47 \pm 0.15) \times 10^{12} M_{\odot})，并指出这一质量与银河系和仙女座星系质量之和在误差范围内一致，暗示本星系群的全部质量几乎都禁锢在两个主星系的维里半径之内。另一项同期工作通过维里定理校准得到的总质量约为 (3.3 \pm 0.6 \times 10^{12} M_{\odot})。综合来看，本星系群质量的合理估计区间大致在2.5至3.3万亿倍太阳质量之间，不同方法之间的差异反映了动力学建模中假设条件的不同，而非观测本身的矛盾。
二、谁在贡献质量：两大主星系与暗物质的支配地位
本星系群的质量分布极度集中。银河系与仙女座星系的质量之和占据了总质量的绝大部分，其余百余个成员星系——包括三角座星系（M33）、大麦哲伦云、小麦哲伦云以及大量暗弱的矮椭球星系和矮不规则星系——合计贡献的质量份额微乎其微。
问题在于，即便是对这两个主导星系本身的质量测量，也远非易事。银河系的质量估计在近年经历了显著调整。2019年一项基于哈勃和盖亚数据的分析给出约1.5万亿倍太阳质量的估值，而2023年中国天文学家利用郭守敬望远镜（LAMOST）和APOGEE巡天数据构建的旋转曲线，得出的银河系质量约为8050亿倍太阳质量。仙女座星系方面，2024年基于LAMOST光谱数据的研究计算出其质量约为1.14万亿倍太阳质量。这些数值的差异部分源于测量半径的不同：所谓“星系质量”往往依赖于积分到多远，而星系外围的暗物质晕并无明确边界。
暗物质在总质量中的占比是理解本星系群质量的关键。 银河系中暗物质约占总质量的93%，仙女座星系同样如此。这意味着我们所说的“本星系群质量”，本质上是对暗物质晕总和的度量。恒星、气体、尘埃等重子物质不过是引力势阱中微小的发光标记。本星系群的质光比高达数十至上百倍太阳单位，这正是暗物质存在的间接证据之一。
三、如何“称量”本星系群：方法及其内在张力
测量一个星系群的质量，天文学家无法将之放上天平，只能借助引力对运动的影响来反推。目前主流方法有三种，各有其适用尺度与系统偏差。
计时推理法是最经典的工具，尤其适用于银河系-仙女座星系这一对主导系统。其逻辑是：假设这两个星系在过去某时刻从极近距离开始相互靠近，如今以观测到的相对速度分离，那么根据开普勒轨道动力学，可以反推出使它们达到当前分离速度所需的总质量。这一方法对银河系与M31的相对速度以及它们之间的总距离高度敏感。2012年的经典结果即由此而来。但该方法隐含了“两体系统主导”的假设，忽略了其他成员的引力贡献以及潮汐场的影响。
零速度面法则从本星系群的外围入手。本星系群边缘存在一个临界面，处在该面上的星系因宇宙膨胀而退行的速度恰好被本星系群的引力减速所抵消。测量这一球面的半径，结合哈勃常数与宇宙学参数，即可估算内部总质量。2025年的“冻结外围”研究正是基于外围星系运动对哈勃流扰动的分析，得出了前述较为精简的质量值。该方法的优势在于不依赖于对单个星系质量分布的假设，但其精度受限于零速度面确定的准确性和外围星系样本的完备性。
维里定理与速度弥散法将本星系群视为一个近似维里化的系统，利用成员星系的视向速度弥散来推断总引力质量。这一方法在富星系团中较为可靠，但在本星系群这样成员稀少、且明显未完全弛豫的系统中所受限制较大。2025年的一项工作借助TNG50宇宙学模拟校准了“轻微坠入”与“主要坠入”两种近似模型带来的偏差，试图在观测数据与模拟之间求得自洽的质量估计。
三种方法的收敛区间——约2.5至3.3万亿倍太阳质量——本身就是一个值得注意的结果。它表明，尽管技术路径不同，本星系群的质量确实被约束在了一个相对明确的范围内。尚未解决的核心问题是质量分布的空间轮廓：质量是几乎全部集中在两个主星系的维里区内，还是在更外围的本星系群尺度上存在显著的非束缚质量？2025年的研究倾向于前者，但这仍需更多外围矮星系的深空观测来检验。
四、质量的意义：不止于一个数字
本星系群质量之所以成为持续研究的课题，是因为它直接关联到几个更深层的天文学问题。
其一，本星系群的未来命运。银河系与仙女座星系正以约110公里/秒的视向速度相互接近，约45亿年后将发生碰撞并合。这一过程的时间尺度与最终并合产物的性质，取决于两者的质量比与轨道角动量。2025年的研究给出银河系与仙女座星系的质量比约为 (M_{\rm MW}/M_{\rm M31} = 0.74 \pm 0.10)，这意味着仙女座星系略重，在并合中可能主导最终系统的形态与动力学。
其二，暗物质晕的边界与生长历史。本星系群质量与两个主星系质量之和的接近程度，暗示该系统可能已经“冻结”了其质量增长——外围没有大量尚未维里化的物质正在坠入。如果这一结论成立，本星系群可以被视为一个近乎闭合的引力实验室，用于检验小尺度上的暗物质性质与星系形成效率。
其三，作为宇宙学探针的校准基准。本星系群是唯一一个我们能够分辨出单个恒星、测量精确三维速度的星系群。任何用于估算遥远星系群质量的方法——无论是弱引力透镜、X射线气体温度还是星系动力学——都需要在本星系群上进行检验与校准。对本星系群质量的每一次精化，都在为更高红移处的质量测量提供锚点。
结语
本星系群的质量约在2.5至3.3万亿倍太阳质量之间，这一区间内的不确定性并非观测的失败，而是方法学差异与系统误差的诚实反映。银河系与仙女座星系，连同它们各自庞大的暗物质晕，构成了这个引力帝国的绝对主体。外围百余个矮星系不过是引力边缘的微尘。当我们追问“本星系群有多重”时，真正在追问的是暗物质如何在宇宙尺度上聚集、星系如何在其宿主晕中形成，以及我们所处的这个小小星系群在138亿年的宇宙历史中占据了怎样的位置。答案仍在收敛之中，但引力从未停止给出线索。
相关问答
问1：本星系群的质量和银河系的质量有什么区别？
答：银河系质量仅指银河系自身的引力质量（含暗物质晕），估计值在8050亿至1.5万亿倍太阳质量之间。本星系群质量则包含银河系、仙女座星系及所有成员星系的总和，约为2.5至3.3万亿倍太阳质量。后者大于前者，差额主要来自仙女座星系及其暗物质晕的贡献。
问2：为什么不同研究给出的本星系群质量不一样？
答：差异源于测量方法的不同。计时推理法依赖两个主星系的相对运动，零速度面法依赖外围星系的哈勃流扰动，维里定理法依赖速度弥散假设。每种方法都有特定的系统偏差，例如计时推理法可能低估外围非束缚质量的贡献，而维里法则对样本污染敏感。当前各方法的结果在误差范围内部分重叠，说明质量确实被约束在一个有限区间内。
问3：暗物质在本星系群质量中占多少？
答：暗物质占主导地位。以银河系为例，暗物质约占其总质量的93%，仙女座星系情况类似。本星系群的质光比远高于太阳的质光比，意味着发光物质（恒星、气体）仅占总质量的一小部分。可以说，本星系群的质量本质上几乎全是暗物质的质量。
问4：本星系群的质量足以阻止宇宙膨胀吗？
答：不足以。本星系群的引力仅能束缚其内部成员星系，使它们不参与宇宙膨胀。但在本星系群之外，星系仍随空间膨胀而相互远离。本星系群本身则作为一个引力束缚的“岛”，在宇宙膨胀的背景下保持内部结构，最终将并合为一个巨大的椭圆星系。
问5：仙女座星系和银河系谁更重？
答：根据2025年基于哈勃流模型的研究，银河系与仙女座星系的质量比约为0.74，即仙女座星系略重。但这一比值仍存在约0.10的误差，且不同研究给出的银河系质量估值差异较大（8050亿至1.5万亿太阳质量），因此“谁更重”的结论尚未最终确定，但主流倾向认为仙女座星系的总质量略高于银河系。
问6：本星系群之外最近的星系群是什么？
答：本星系群隶属于更大的室女座超星系团，但就“最近的星系群”而言，是玉夫座星系群（Sculptor Group），距离约1000万光年。它同样是一个引力束缚的星系群，但成员数量和质量均小于本星系群。
问7：本星系群质量会随时间增加吗？
答：2025年的研究指出，在零速度面以内，本星系群的质量似乎没有随距离增加而增长的迹象，暗示其质量已基本“冻结”。这意味着外围没有大量尚未维里化的物质正在被吸入。但在极长的时间尺度上，随着本星系群内部星系并合，系统会进一步弛豫，但总质量不会显著增加，除非有新的星系被引力捕获。
问8：普通天文爱好者能观测到本星系群中的哪些成员？
答：在良好暗夜条件下，肉眼可见的河外星系只有仙女座星系（M31）和三角座星系（M33，需极佳条件）。双筒望远镜可以分辨出M31的伴星系M32和M110。大麦哲伦云和小麦哲伦云在南半球肉眼可见，它们是银河系最大的卫星星系。其余本星系群成员均为暗弱矮星系，需要专业望远镜才能观测。