宇宙十大“巨兽”(下)

原标题:另一个宇宙入侵的产物!天文学家:它违背了宇宙学原理

对于渺小的人类而言,宇宙之大,是我们无法想象的,而宇宙中藏着的一些超大体型的“巨兽”,也让我们惊呼:难以置信!现在,让我们接着上一期,继续来看看还有哪些“巨兽”。

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根据宇宙学原理,尽管宇宙中存在大量星系、星系团等结构,但在10亿光年的大尺度上,宇宙应该是均一的。然而,陆续涌现的天文学观测却向其提出了挑战。如果宇宙学原理是对的,那么一个惊悚的候选理论是:在更高维度的空间里,另一个宇宙与我们的宇宙相遇,产生了这些横亘几十亿光年的神秘物体。

6、巨大的伽马射线暴环

人类对于微观世界和天体宏观世界的发现和规律认识,是近代飞速发展起来的。一直到上世纪初,人类的视野都还处于高度近视,甚至以为宇宙就是银河系。

在星罗密布的星系团间,一个直径20亿光年的巨型空洞;

科学家除了通过伽马射线暴发现武仙-北冕座长城之外,还发现了一个奇特的巨大结构——巨大的伽马射线暴环。伽马射线暴是一种罕见的现象,伽马射线暴呈环状结构分布更是非常罕见,这样一个伽马射线暴环形成的概率只是两万分之一。

量子力学和爱因斯坦相对论的问世,各种观测设备的提升,人类才进一步探知了小中有小的更小~夸克,大中有大的更大~可观测宇宙。

由巨大的类星体构成,横亘40亿光年的弦;

该伽马射线暴环位于距离我们大约70亿光年远的区域,在那里科学家观测到了9个脉冲串,这9个脉冲串形成一个跨度超过50亿光年的环。不过,“环”只是从地球上看到的一种视觉效果。那么,真实的情况到底是怎样的呢?

现代科学研究认为,从天体结构来认识宇宙,从小到大的话是这样排列的:地月系~内太阳系~太阳系~奥尔特云~本星际云~本地泡~古尔德带~猎户臂~银河系~银河系次集团~本星系群~室女座超星系团~拉尼亚凯亚超星系团~双鱼-琼鱼座超星系团复合体~武仙-北冕座长城~可观测宇宙~宇宙。

由高能的伽马射线暴构成,占据可观测宇宙6%的巨大的环……

理论上,大型的伽马射线暴环可能是一个超大天体连续爆发的投影,在不到2.5亿年的时间里,这个天体发生了一次又一次耀眼的伽马射线暴,但我们从地球上只能观测到明显的环状结构。如果是这样,那么这个超大天体究竟是什么构成的呢?一种解释是,这个天体可能是存在于星系周围的大量暗物质。科学家在研究中曾经发现,银河系中央暗物质聚集区发射出神秘的伽马射线,因此推测伽马射线暴可能是暗物质相互碰撞产生的。不过这还只是一个理论。研究者们目前还不清楚这种大型的伽马射线暴环是如何形成的。

如果看过时空通讯过去关于介绍天体的文章,就会发现这些结构中有很多已经介绍过,比如地球与月亮、太阳系、奥尔特云等,这些普及多次的常识就不一一一重复了。下面我们就来挑几个过去少有提及的生僻的结构探讨一下。

随着我们对宇宙的观测变得更加清楚,天文学家发现了一系列巨大的结构,它们比我们以前所知的任何天体都要大。关于这些结构的问题只有一个:它们原本都不应存在。

7、巨型莱曼-阿尔法气泡

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巨型结构挑战宇宙学原理?

与成熟的星系、星系团等不同,在宇宙的更深处,日本的科学家发现了一个巨大的星系“育婴袋”。这是一个由大量气体、尘埃和星系组成的巨型“气泡”,这种结构被称为“莱曼-阿尔法气泡”,距离我们有115亿光年远。从外形上看,这个气泡散发着绿色的光,其中有3条明显的带状结构,看起来就像一只巨型的绿色水母。而那3条“水母触手”中的星系密度很大——是宇宙中平均星系密度的4倍。更让科学家惊讶的是,这个巨型气泡居然有2亿光年宽。

本星际云:众所周知,太阳是围绕着银心公转的,线速度为每秒250公里,转一圈约2.5亿年。本星际云就是太阳在银河系运行中经过的一片星际云,有30光年左右的区域,太阳已经在其中运行了几万年,还需要在里面运行1~2万年,甚至更久,才能走出这片区域。

地球在宇宙中的位置并不特殊。这一观点经哥白尼提出后,已经成了天文学家的基本共识。此后,天文学家该原理的适用范围延伸至整个宇宙:宇宙中没有任何特殊的位置,这也被称作宇宙学原理。在恒星系统、星系和星系团层面上或许有一些不均匀的地方,但是在更大的尺度上,宇宙应该是均一的。宇宙中不应该有星系构成的巨大的墙,不应该有空荡荡的地方,也不应该出现巨大的结构。

科学家推测,这个巨型莱曼-阿尔法气泡诞生于宇宙大爆炸之后20亿年左右,当时的宇宙还处于婴儿期。在那个时期,大质量恒星发生超新星爆发,使周围产生气泡状的气体云,形成莱曼-阿尔法气泡。

这个云气的温度约为6000度,与太阳表面温度差不多。这个看起来很吓人,怎么没有把地球烧毁呢?这是由于这个星际云非常稀薄,每立方米厘米只有0.26个原子。而月球上空那种高度真空状态每立方厘米原子含量约有80000个,地球空气每立方厘米有6.02×10^23个分子。相比之下,本星际云中的粒子量几乎忽略不计了。热量是靠粒子传播的,所以我们感觉不到。

因此,最近涌现出的发现搞得天文学家们有点紧张。但是解决方法也同样充满争议。有研究者宣称这些巨大的结构是另一个维度的投影。如果他是对的,我们将能够首次证实,在我们的宇宙之外还有另一个宇宙存在。而且由于这些巨大的结构并不是我们宇宙中的实体,宇宙学原理也依然成立。

而观测过程中科学家还发现,在这个巨型的莱曼-阿尔法气泡中有许多仍处于发育初期的星系,这个结构所散发出的明亮绿色光,正是这些隐藏其间的年轻的星系产生的散射光。他们认为,这个气泡就像一个巨大的“育婴袋”,正在孕育着大量的星系,在遥远的未来,将会有更多的星系从那里诞生。

本地泡:是指银河系猎户臂内一个星际物质空洞,是一个包括本星际云在内一个更大的空间,我们太阳已经至少在这个气泡里面旅行了300万年。这里有X射线辐射,所含的中性氢原子只是银河系正常值的十分之一,每立方米只有0.05个原子,相比之下本星际云浓度就高了几倍。

宇宙中存在特殊区域的想法是为现代宇宙学所不容的。英国朴茨茅斯大学宇宙学家Seshadri
Nadathur说:“自文艺复兴以来,我们所有的工作都是反对这一想法的。”这一观点也使得用广义相对论来解释宇宙演化的任务变得更加复杂。“爱因斯坦方程在宇宙均一的前提下好解多了。”Nadathur说。但至少目前,宇宙学原理还仅仅是一种猜想。没有任何证据表明这是对的,而已有的证据似乎越来越多地反对这一观点。

8、巨型超大类星体群

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就拿那个20亿光年宽的巨型空洞来说,它的发现者之一,西班牙巴塞罗那高能物理研究所的András
Kovács说:“那部分宇宙的星系数目比平均值要少10000个。”根据最新的数据,天文学家相信宇宙学原理在大约十亿光年的尺度下一定是对的。在这一尺度下,任意给定区域的物质多少都是相近的。这个巨洞的宽度几乎超过这一界限一倍,看起来十分显眼。Kovács团队称这个洞为超巨洞,并相信这个洞有可能解释宇宙微波背景辐射中巨大的冷斑,一个困扰天文学家十几年的问题。

同样可能会孕育出星系的还有由类星体聚集形成的巨型超大类星体群。类星体是能量极高的活动星系核,它由超大质量黑洞驱动,能量输出可达整个银河系的1000倍。科学家认为,类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽,类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。通常一个典型的超大类星体群长度约16亿光年,然而,在2013年,科学家却发现了一个狭长的、绵延了40亿光年的巨型超大类星体群,它由73个类星体组成,距离地球90亿光年远。

古尔德带和猎户臂:这是从银河系盘面翘起16~20度的一块天区,横跨3000光年直径,这块天区被怀疑是包含太阳在内的螺旋臂,太阳距离古尔德带中心325光年。

超巨洞还不算是最大的问题。2012年,英国中央兰开夏大学的Roger
Clowes团队宣布发现了一个40亿光年长的巨大线状结构,比超巨洞还要大一倍多。“我们当时想‘这是什么?’很明显那是非常不寻常的东西。”Clowes说。这一次并不是空间中有一个空洞,而是有的位置异常拥挤。这一结构被称作巨型超大类星体群,包含73个类星体(类星体是指非常遥远,极度明亮的活动星系核)。天文学家在20世纪80年代早期就知道类星体总是聚在一起,但是尺度如此巨大的类星体群还前所未有。

新京葡娱乐场388官网 ,这个巨型超大类星体群的发现其实纯属偶然,科学家是在分析关于斯隆数字巡天项目收集到的数据时发现了它。也可以说这个结构不是科学家直接观测到的,而是推算出来的结构。

银河系:这是一个漩涡星系,是一个约有20万光年直径,不到2光年厚的圆盘状天体,边缘薄中间厚,拥有1000亿~4000亿颗恒星,总质量约太阳2100亿倍。这个漩涡星系由4个旋臂组成,太阳就位于猎户臂这个支臂上,距离银河系中心约26000光年。

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科学家在确定巨型超大类星体群时采用的是一种被称为“朋友的朋友”的算法。这种算法首先以一个类星体的位置为基础划出一个给定大小(通常是100百万秒差距为直径,1秒差距=3.2616光年)的球体,如果发现其他类星体出现在这个范围内,那么它们就会被认为是“朋友”,同属于同一个类星体集群。以此类推,直到不再有类星体出现在规定范围内,而所有被圈入的类星体就属于同一个类星体群。

以上都还是银河系以内的天体结构,以下就出了银河系了。

图中的黑色圆圈为观测到的巨型超大类星体群。

正是利用了这种算法,科学家推算出了巨型超大类星体群的存在和规模。虽然这种算法没有受到怀疑,但是这个结构是否存在却是有争议,因为它实在太大了。

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2015年,匈牙利的天文学研究团队发现了一个巨大的伽马射线暴(GRB)群,伽马射线暴即为由遥远星系发出,能量极高、寿命短暂的能量爆发。发射GRB的星系看起来组成了一个直径达56亿光年的圆环,占据了6%的可观测宇宙。“我们真的没有预料到会发现这么大的结构,”来自匈牙利康科利天文台,领导这项研究的Lajos
Balázs说。这个尺度比宇宙学原理预言的宇宙应该呈现均一结构的尺度还要大五倍。

一些天文学家称巨型超大类星体群是真实存在的,而一些研究人员称他们观测了巨型超大类星体群,发现其中的类星体只不过是随机排列,因此他们认为那些类星体的位置是随机的,而不是任何大型结构的一部分。

本星系群

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