主题:【原创】我们的宇宙 -- 边寒剑
里杰卡尔德吐小胡子可不止一口口水,两个人被罚下场的时候他又吐了小胡子一口,小胡子被罚下本来就够冤的了,没想到离开场地的时候又挨了一道,当时他的表情太值得回味了,哈哈……
在黑暗的夜空,从远离城市灯光之处,人们可以看到我们所在的帝国——银河系的银盘,它就像一条横跨天空的宽阔的带子一样发着美丽的星光。然而,尽管银河系或许是一个光辉灿烂的奇观,但它却使得我们研究帝国以外的宇宙的天文学家屡屡受挫。银河遮断了来自宇宙的1/5的光,它使得整个宇宙有1/5从地球上是无法看到的,而这20%,很可能是宇宙中最为激动人心的部分。
在银盘后面的某处(就是下面提到的隐带,由银河核心所在的由众多恒星和宇宙尘埃所聚集的地方,前面讲帝国中心的文章中说过),是附近宇宙区域中两个最大结构的关键部分——由多个星系构成的英仙座——双鱼座超星系团和大吸引体。后者是一个巨大的物质聚集体,其存在是根据空间数千个星系的运动推断出来的。观测结果还表明,在银河银盘大致方向上,有着数量惊人的明亮近邻星系,这说明此方向上一定还存在着许多其它的星系至今尚未被人来发现。在不知道我们的盲点中究竟有什么的情况下,研究人员就不能绘制出我们这个角落宇宙物质分布的图像。这样一来,研究人员就不能解决宇宙学中的一些重要问题:宇宙的结构究竟有多大?它们是怎样形成的?宇宙的物质总密度是多大?
只是在最近几年里,天文学家才创作出了透过银盘观察宇宙的方法,以及根据被遮住的宇宙对能见到的那部分的影响来重构被遮住的宇宙部分的方法。发现证明,这样做是值得的。天文学家发现了一个新星系(就是前面的文章中我提到过、1001n兄配过图的人马座矮星系)。同时,天文学家也发现了一些巨大星系团,甚至还初次窥视到了难以捉摸的大吸引体的核心部分。
没办法,我们现在所在的观察视角是如此的不利。如果我们现在生活在邻近的仙女座星系,天空中被遮蔽的部分想必不会有很大的不同,然而我们也会无法清楚地看到仙女座超星系团(是一个巨大的星系团(其实就是本超星系团,只不过目前假设咱们是在仙女做星系中,所以改名叫仙女座超星系团,其由本星系群和周围的一些星系群星系团所组成的高于星系群一级的系统)由很多星系团组成的更高一级的组织,而并不是仙女座星系)中最邻近的星系团。但即使是关于乐观视事的人也会承认,我们目前有点不大走运。由于太阳绕银心公转的轨道是倾斜于银道面的,太阳系就参与了银道面的本轮运动(就是垂直于银道面所做的上下运动Z,如图(一共有三种运动,圆周运动X;逃逸运动Y和本轮运动Z)。目前,我们所处的位置只高于轨道面40光年。如果我们出生在从今往后的1500万年,我们的位置就会在银道面上方近300光年处——即在最厚的遮蔽层之上——这样就能清楚地看见隐带的一侧。如果要是到达银道面下方的尽头去观察隐带所遮蔽的宇宙部分,呵呵,那得从今天起,等上3500万年。
对于隐带,天文学家们是能躲就躲,而把注意力集中在天空中未被遮蔽的区域上。然而,20年前的一次关键的观测暗示:也许天文学家遗漏了什么。对宇宙微波背景辐射(大爆炸余波的残余效应)的粗略观测显示出180度的不对称,人们称之为“偶极子”。天文学家发现,天空中某个部分的温度比总的平均值高约0.1%,而与之成对角线的另一部分的温度则比平均值低约0.1%。上述观测结果在1989年和1990年得到了“宇宙背景探测者号”卫星的进一步证实,这意味着我们银河帝国以及周围星系所组成的本星系群正朝着长蛇座的方向做600千米/秒的速度运动。这一矢量是根据已知的运动——如太阳绕银心的公转以及我们银河帝国朝其相邻的漩涡星系仙女座星系的运动等等作了校正后得出的。
上述运动是总的说来均匀的宇宙膨胀的一个小的偏离,然而,它起源于哪里呢?许多个星系聚集成星系群和星系团,星系群和星系团又聚集成超星系团,而使得其他区域没有星系。围绕着本星系群的成团质量分布可能施加了一股不平衡的引力吸引,把本星系群往一个方向拉。初看起来,似乎很难相信星系会越过将其分隔开的遥远距离而相互影响,但是,相对于其质量,星系之间的距离就比我们银河系内部的各个恒星间的距离要近。
把已知星系所引起的引力加起来,就能计算出本星系群的期望速度。尽管最后所得到的矢量与观测到的宇宙背景偶极子相差在20度以内,但计算出来的结果仍是很不确定的,其部分原因在于没有把隐带后面的星系考虑进去。
由于偶极子的方向与期望的速度矢量的偏差长期得不到解决,天文学家们假设有一个未知的物质在左右着本星系群的运动。一个研究小组(即后来所谓的“7武士”)利用数百个星系的运动推断出,在离我们银河系约2亿光年的地方,存在着一个未知的“大吸引体”。本星系群似乎成了大吸引体和同样遥远的、在天空对面的英仙座——双鱼座超星系团激烈争夺的对象。要想知道谁将赢得这场竞争,天文学家就必须知道上述天体结构中被遮蔽的部分的质量。
利用设在德国埃弗尔斯堡附近的一台直径为100米的射电望远镜,天文学家们在船尾座内发现了一个距离我们约6500万光年的新的星系团。其他几个方面的证据也使天文学家们得出同一个结论——把船尾座星系团的引力考虑进去,就会使本星系团的预计运动与所观测到的宇宙背景偶极子更一致。
上述研究能否解开大吸引体神秘的面纱?尽管在大吸引体的假定方向上可见星系的密度确实在增大,但这一不定型的质量的核心至今仍然使研究人员感到困惑。20世纪80年代,乔治 阿贝尔在大致正确的方位上发现了一个星系团,当时它是隐带中唯一已知的星系团。然而,由于当时发现它仅含有50个星系,因此很难算是一个吸引体,更不用说一个大吸引体了。
经过最近的研究,该星系团的真正星系含量和意义已变得清除起来。克兰 柯特维格和德国加尔兴欧洲南方天文台的帕特里克 瓦特一起,发现了该星系团中另外约600个星系。通过对所观测到的多个星系的速度暗示,该星系团的质量确实非常大,相当于著名的后发座星系团,其总质量有银河系的1万倍那么大。天文学家们终于看到了大吸引体的中心。与周围的星系团一道,上述发现有可能充分揭示邻近的宇宙区域中所观测到的星系的运动。
宇宙结构的等级制度并未止于此。对隐带的观测研究又发现了一些规模更大的成团结构。日本岐阜大学又在蛇夫座内发现了一个距我们3.7亿光年的超星系团,其内部发现了数以千计的星系。蛇夫座超星团或许和武仙座的另一个超星系团有联系,这使得天文学家对于宇宙大尺度的结构,必须重新地进行认识。
现在的发现,宇宙并不象西瓜的模型,而是存在着星系密集的区域和几乎毫无一物的巨大空洞,星系之间链接成团,镶嵌在宇宙空洞的周围,好像一些珍珠项链一样,这个巨大的现象被天文学家称作“宇宙长城”。我们的本星系群正在被其他巨大的质量所吸引,向着遥远的大吸引体而前进。
谢谢边寒兄的好文。
去年终于找了个机会,又看到了小时候看到过银河,依然是不可思议的壮观。
越来越巨大
越来越远
动辄以数亿光年计了
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