网上有关“宇宙中最大的黑洞”话题很是火热,小编也是针对宇宙中最大的黑洞寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
世界上最大的黑洞
黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种天体。黑洞的引力很大,使得视界内的逃逸速度大于光速。那你们知道世界上最大的黑洞是什么吗?下面就由我来为你解答。
宇宙中最大的黑洞是芬兰科学家发现的一个巨大的双黑洞系统,它的体积等同于整个银河系,质量是太阳的180亿倍!
据外国媒体报道,芬兰科学家近日发现了一个巨大的双黑洞系统,经过研究,科学家们发现,这是目前宇宙中最大的黑洞,它的体积等同于整个银河系,质量是太阳的180亿倍!
这个宇宙最大黑洞是此前天文学家所记录最大黑洞的6倍,它距离地球35亿光年,形成在OJ287类星体的中心位置.据悉,类星体是一种非常明亮的星体,这种星体在持续螺旋进入一个大型黑洞后释放出大量辐射线。
宇宙中最大的黑洞
史瓦西黑洞就是所谓的“寻常黑洞”。它是直接由较大的恒星演化而来的。恒星到晚期时核燃料消耗殆尽,辐射压急剧减弱,星体在其自身引力的作用下坍缩。若质量大于3倍的太阳,其产物就是黑洞。在宇宙空间里,此类黑洞具多数,其最大质量一般不超过50倍的太阳。
2009年发现的宇宙中最大的黑洞
2009年,天文学家发现一个迄今为止最大的宇宙黑洞。该黑洞的质量是太阳质量的640亿倍。科学家通过对天文望远镜拍摄到的信息进行计算机重建模型后发现,该黑洞的体积比原来的预测要大2至3倍。该黑洞坐落于M87超大星系的核心区域,但和我们银河系中黑洞不同的是这个超大黑洞并不位于M87超大星系的中心位置。根据天文学原理,更大的星系中存在的黑洞质量和体积也应该相应的更大,而我们银河系附近有那么多的超大星系存在,所以在另外星系中发现更大的黑洞应当只是时间问题。
中国科学家发现宇宙中最大的黑洞
中国科研团队发现宇宙最亮、中心黑洞质量最大的类星体。它是宇宙早期的超级黑洞和最亮天体,也是唯一用2米级的望远镜发现的一颗宇宙早期类星体。
这一最新研究成果发表在2015年2月26日出版的国际顶级科学期刊《自然》上。德国马普天文研究所的BramVenemans博士以《年轻宇宙里的巨兽》同步发表评述。中国科学院国家天文台陈建生院士认为这一工作“基于中国的中小天文设备发现了迄今为止遥远宇宙中的最亮天体,可喜可贺”。CNN、路透社等报道了这一发现。
类星体是1963年被发现的一类特殊天体。它们因看起来是“类似恒星的天体”而得名,但实际上却是银河系外能量巨大的遥远天体,其中心是猛烈吞噬周围物质的质量在千万太阳质量以上的超大质量黑洞。这些黑洞虽然自身不发光,但由于其强大的引力,周围物质在快速落向黑洞的过程中以类似“摩擦生热”的方式释放出巨大的能量,使得类星体成为宇宙中最耀眼的天体。
目前,天文学家们通过大型巡天已经发现了20多万颗类星体,它们分布于宇宙大爆炸之后7亿年至今,对应的宇宙学红移从7.085到0.05。通过对高红移类星体的研究,人们可以追溯到早期宇宙的结构和演化。然而,高红移类星体由于距离太过遥远,使得它们虽然自身能量巨大,但在地球上看起来的亮度并不亮,因此被发现的数目相对较少。在已发现的20多万颗类星体中,距离超过127亿光年的类星体只有40个左右。
近年来,北京大学物理学院天文学系教授、科维理天文与天体物理研究所副所长吴学兵领导的研究团队发展了一套基于光学和红外波段天文测光数据选取红移大于5的类星体候选体的有效方法,并利用多个望远镜的光谱观测发现了许多高红移类星体,其中最高红移的是一颗名为SDSSJ0100+2802的类星体。
它的第一个光学波段光谱是在2013年12月29日利用云南丽江的2.4米望远镜拍摄的,吴学兵等初步判定它是一颗红移高于6.2的类星体。随后他们联合美国、智利等国的天文学家利用国外的多镜面望远镜、大双筒望远镜、麦哲伦望远镜和双子座望远镜所作的后续观测进一步确认它是红移为6.3的类星体。利用观测到的光谱数据,他们估计出该类星体的光度超过太阳光度的430万亿倍,比目前已知的距离最远的类星体还亮7倍。其中心的黑洞质量达到了120亿个太阳质量,使得它成为目前已知的高红移类星体中光度最高、黑洞质量最大的类星体。
论文第一作者和通讯作者吴学兵教授说:“该类星体非常特别,当我们发现在宇宙大爆炸9亿年后就存在这样一颗中心黑洞质量如此之大、光度如此之高的类星体后感到极为兴奋。它就像遥远夜空中一盏最明亮的灯塔,其耀眼的光芒可帮助我们了解到很多以前无法了解的宇宙早期的信息。它如此之大的黑洞质量,也对宇宙早期黑洞形成与增长的现有理论提出了巨大挑战。”
论文合作者、北京大学博士研究生王飞格说:“这颗类星体最初是由我们使用中国云南丽江的2.4米光学望远镜发现的,它也是世界上唯一一颗利用2米口径的望远镜所发现的红移6以上的遥远类星体。我们为此感到特别自豪!”
论文合作者、美国亚利桑那大学著名华裔天文学家、北大科维理天文与天体物理研究所特聘教授樊晓晖补充说,“这一极亮类星体的发现对宇宙早期黑洞成长的理论模型提出了很强的限制,支持了在宇宙早期黑洞比星系增长得更快的观点,并为未来研究早期宇宙中黑洞和星系的形成和演化提供了一个特别的实验室。”
据了解,该研究团队将利用包括哈勃太空望远镜在内的多台国际大型天文望远镜对这一特殊的遥远类星体进行仔细的后续观测,期待揭晓更多与之相关的科学奥秘。
陈建生院士在评价这一发现时说:“中国天文学家能够用国内2米级小望远镜发现了国际上通常需要10米级望远镜才能发现的天体,说明我国天文学家富有创新思想。但因为我国没有大望远镜,所以后续的深入研究不得不依靠国外大望远镜,我国参与国际下一代30米口径巨型望远镜的建设对今后中国天文的发展是非常必要的。”
宇宙中最大的黑洞究竟有多可怕?
黑洞是一种引力场极强的天体,同时也是宇宙中密度最大的天体。
目前人类发现的宇宙中最大黑洞的质量是太阳的660亿倍,位于类星体TON618中心,距离地球104亿光年。
根据霍金的推测,黑洞中心存在一个奇点,该奇点体积无限小,密度无限大,时空曲率无限高。
黑洞周围则存在一个视界,由于黑洞的引力极其强大,使得视界内的逃逸速度大于光速,然而宇宙中没有物体的运动速度能够超越光速,这意味着黑洞能够吞噬一切掉入该视界范围内的物质。
黑洞根本不挑食,无论是行星还是恒星、中子星,在黑洞面前都只是美食。而且体重大的黑洞基本上只吃不拉,只会越吃越胖、越吃越猛。只有那些小质量微型黑洞才会在短时间内瘦身蒸发掉。
为此,科学家们根据黑洞的体重,给它们划分了不同的等级,分别是,
微型黑洞:
这是一种极其微小的黑洞,又叫量子黑洞或迷你黑洞,理论上该黑洞的质量下限是普朗克质量。由于是量子级别的黑洞,所以它们和普通的黑洞有着很大的差异。虽然目前还未发现过微型黑洞,但是科学家相信它们的存在。
恒星级黑洞:
这是我们通常所说的黑洞,质量与恒星相当。当一颗恒星濒临死亡时,余下的核心质量大于三倍太阳质量,那么它就会坍缩成一颗恒星级黑洞。
中等质量黑洞:
质量一般在10010万倍太阳质量之间。根据相关理论,这种黑洞一般是恒星级黑洞吃多了长胖后所达到的级别,令人意外的是科学家目前在宇宙中只发现数量很少的这种黑洞。
超大质量黑洞:
就是质量在10万倍太阳质量之上的黑洞,质量上不封顶。这种黑洞一般位于星系中心,对形成星系至关重要。银河系中心就存在一个超大质量黑洞。TON618中的黑洞就属于超大质量黑洞。
黑洞通常是天体引力坍缩的结果,大质量恒星死亡后都会成为黑洞。不过,TON618这类超大质量黑洞并不是直接由恒星坍缩形成的,而是通过不断地吞噬其它物质,与其它黑洞合并,最终成长起来的。
黑洞的质量越大,其引力场也就越强,视界半径也就越大。TON618中的那个黑洞的视界半径就已经达到了1920亿千米,大约是太阳半径的27600倍。从体积上来说,它的体积是宇宙中已知体积最大恒星盾牌座UY的420万倍。
根据科学家的推测,类星体就是活跃星系核中心的超大质量黑洞,其亮光就来自于这些黑洞的吸积盘所释放的光。如果没有吸积盘,那么黑洞会成为一个不可见的天体。类星体TON618就是宇宙中最亮的物体之一,它的光度是太阳的140万亿倍,因此我们才能在100多亿光年之外看见它。
类星体虽比星系小很多,但是释放出的能量却是星系的上千倍,所以非常亮。之所以如此,就是因为TON618中心存在一个超大质量黑洞。由于该黑洞质量非常大,所以它拥有一个宽度约一光年左右的吸积盘。
吸积盘是黑洞周围的物质被黑洞强大的引力吸引、撕碎并绕黑洞高速运动所形成的,在此过程中会释放出巨大的能量。
尽管TON618无比巨大,不过就算给它足够的时间,它的质量也不可能无限增长,最多将它所在的整个星系吞噬掉。因为宇宙正在加速膨胀,星系之间不仅相隔甚远且还在相互远离。不过就算是这样,该黑洞仍然是宇宙中已知最恐怖的存在。
宇宙十大黑洞排名
宇宙十大黑洞排名:
1、最大质量的“超级黑洞”
其中一个位于3.2亿光年之外的NGC3842星系。该星系是狮子座中最亮的天体。凯克和其他望远镜的观测证实NGC3842中的黑洞是太阳质量的97亿倍。另一个黑洞位于NGC4889星系,大约3.35亿光年远。它是晚期星座中最亮的天体。它的黑洞质量等于或大于这个。
2、旋转最快的黑洞
黑洞通常以不寻常的速度旋转,并影响其周围空间的结构。一个名为GRS1915+105的黑洞位于大约35,000光年之外的天鹰座方向,以每秒950转的速度旋转。它展示了黑洞周围的时空是如何随着它旋转或不旋转而变化的。非旋转黑洞的白色区域较大,而右旋转黑洞的白色区域较小。由此可见,旋转黑洞的气体可以非常接近视界,因此半衰期较小。
3、典型的中等质量黑洞
科学家认为,黑洞的质量可以分为三个层次:大质量黑洞、中等大小黑洞和小黑洞。当然,几乎每个星系核心都潜伏着一个质量为太阳质量数百万或数十亿倍的黑洞,而质量较小的黑洞可以达到太阳质量的几倍。在银河系的中心,科学家们认为有一个黑洞的质量超过太阳质量的400万倍。NASA的swiftX射线天文观测卫星在NGC5408中发现了一个奇怪的X射线源,周期为115.5天。
4、漫游在宇宙的黑洞中
当星系碰撞时,黑洞会在碰撞中被踢出星系,开始在太空中漫游。科学家发现的第一个漫游黑洞名为SDSSJ0927+2943。它的质量大约是太阳的6亿倍,以每小时590万英里的速度漂移。研究人员推测,数百个流浪黑洞可能会飘进银河系。这张显示了一个艺术家对一个游荡的黑洞经过一个球状星团的看法。
5、“聪明”黑洞
虽然它们的引力可以阻止光逃逸,但黑洞可以形成类星体的核心结构,类星体是宇宙中最强大、最动态的物体。这张照片显示的是2003年哈勃太空望远镜拍摄的类星体3C273。图像详细描述了类星体的一些关键信息。从图中可以看到,中间的比较亮的光。
6、最古老的黑洞
科学家发现了最古老的黑洞ULasJ1120+0641。它诞生于宇宙大爆炸之后的7.7亿年,而宇宙大爆炸被认为发生在137亿年前。因此,这个黑洞可以被称为最古老的黑洞。这张展示了一位艺术家对黑洞UlasJ1120+0641的看法,它的质量是太阳的20亿倍。它也是宇宙早期发现的最遥远、最明亮的类星体。
7、神奇子弹射向黑洞
科学家们发现,这个被命名为H1743-322的黑洞似乎在向这个方向发射子弹。黑洞喷射出的高速物质是电离的气体质量,它们在黑洞的吸积盘上反向喷射,类似于黑洞的“打嗝”。研究人员认为,黑洞释放的电离气体团可以影响星系中的恒星和行星,甚至可能影响星系中的电磁环境。
8、吃“黑洞”
NGC3393有两个非常活跃的黑洞。科学家认为两个较小的黑洞合并了。这两个黑洞靠得太近,其中一个正在吞噬另一个所在星系的核心物质。这是第一次两个黑洞合并。研究人员利用美国宇航局的钱德拉x射线太空望远镜探测到两个黑洞,其中一个的质量是太阳的3000万倍。
9、宇宙中最小的黑洞
到目前为止,科学家已经发现最小的黑洞质量不到太阳的三倍。它可以被描述为一个“宇宙小怪物”。这个被命名为IGRJ17091-3624的黑洞,理论上接近于黑洞的最小质量。尽管它们的质量相对较小,但NASA的钱德拉x射线太空望远镜可以探测到异常快速的喷流,它是所有恒星黑洞中速度最快的,速度相当于光速的3%,或每小时2000万英里,或约3200万公里。
10、黑洞的平面
由于黑洞离地球太远,科学家很难收集到关键线索,帮助研究人员解开围绕它们的许多谜团。然而,研究人员正忙于解开扁平黑洞的神秘属性。黑洞有很强的吸引力。光不会逃逸。如果物质落入视界,就会受到黑洞的引力作用。科学家们利用“光纤”在实验室中创造了一个人造视界,以研究所谓的霍金辐射是如何从黑洞逃逸的。
目前为止世界上宇宙中最大的黑洞是哪一个?
宇宙中总是有未解的谜团,科学家们一直在研究宇宙,宇宙中有许多黑洞,所以你知道宇宙中最大的黑洞是什么吗?据说,芬兰科学家在研究宇宙中最大的黑洞时有一个重大突破,之后他们发现了宇宙中最大的黑洞。质量是太阳的180亿倍!
Ton618,宇宙中最大的黑洞
宇宙中有许多不同的黑洞,宇宙中最大的黑洞是什么?是Ton618。芬兰科学家发现了一个巨大的双黑洞系统。通过研究发现,这是宇宙中最大的黑洞,质量是太阳的180亿倍!
事实上,早在2008年,芬兰天文学家就发现了宇宙中最大的黑洞。经过数据模拟,迄今发现的宇宙中最大的黑洞有多大?只能说它是无限的,它的质量是太阳的180亿倍,它的体积相当于整个银河系。如果银河系靠近宇宙中最大的黑洞,它足以吞噬整个银河系。原生黑洞,人造黑洞太弱了!
巨型黑洞的危害
宇宙中最大的黑洞存在的可怕之处之一是它的巨大引力,普通黑洞就难以理解它的引力,而超大质量黑洞的存在甚至更可怕。超大质量的黑洞有足够的引力在瞬间撕毁星系的组成。
在即将形成恒星的星系中,一个巨大的黑洞将导致恒星所在的星系停止恒星的形成,也就是说,一个巨大的黑洞可能导致恒星变得不育,如果它是一颗正常恒星,恒星将在瞬间分裂。
宇宙中最大的黑洞是哪一个?
很可能就是宇宙本身。
黑洞有各种各样的形式,从只有一个基本粒子大小,质量只有几十万吨的“量子黑洞”,到恒星级黑洞、星系中心巨型黑洞等都有。
从理论上说,黑洞并不一定是密度无限大的点,只要其相对密度产生的引力足以“囚禁”住光就可以了。理论计算,一个星系大小的黑洞,其平均密度甚至可以比水还要小。
依此计算,按照可观测宇宙的平均密度,很可能同样能够囚禁住光。以此来说,如果我们的宇宙是正曲率分布的,很可能我们的宇宙本身就是一个硕大无比的黑洞。
宇宙中最大的黑洞有多大,为何说它让人毛骨悚然?
黑洞是现代广义相对论中,宇宙空间内存在的一种超高密度天体,由于类似热力学上完全不反射光线的黑体,故名为黑洞。芬兰科学家在宇宙中发现了一个巨大的双黑洞系统,经过研究发现,这是目前宇宙中能观测到的最大的黑洞,质量是太阳的1960亿倍!黑洞是由质量非常大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽后,发生引力坍缩产生的。黑洞可以吞噬进入到黑洞的一个事件视界内的任何物质和辐射,甚至传播速度最快的光也逃逸不出?
黑洞几乎隐形。黑洞是宇宙中时空破裂的地方,任何物质都无法逃脱它的饕餮巨口,所以在我们的星球附近,如果存在一个黑洞,无疑是令人毛骨悚然,胆战心惊的。没有东西能够逃脱黑洞的引力,光也不例外。所以一般的光学望远镜是无法直接观测到黑洞的,但是天体物理学家能够通过周围被撕裂的恒星物质及能量流探测到黑洞。气体微粒在黑洞周围形成漩涡,并喷射出强大的X光,只能靠这些线索来观测黑洞的质量和大小。
黑洞能够停止时间。假设你能够安然无恙地身处黑洞并观察周围物体,那么你将发现物体在通过事件视界时会减缓速度、凝固在时间里,仿佛它们从未通过事件视界。这是由于时空扭曲,光到达你眼睛所需的时间变得无限长。随着时间的推移,光波变得越来越长,光变得越来越暗淡,最终变成红外辐射、无线电波,消失在视野里。?
黑洞会吸引任何靠近它的物质。由于黑洞引力极大,导致黑洞能够以极快的速率拉扯物体,包括光。但这完全是由于引力的作用,根据万有引力公式,如果你将太阳替换成一个同等质量的黑洞,那么太阳系内的所有东西都将照常运行。
宇宙有多大,宇宙外面是什么
曾有外国天文学家报道,在仙女座星系发现一颗行星,但只是孤例,如果证据确凿的话,它就是迄今发现的离地球最远的行星了(220万光年)。除此之外,其它现已发现的行星总数刚刚超过500颗,都在银河系内,范围是数百光年。
但(太阳)系外行星都尚未命名,它的编号是以其主星编号再加a,b,c,……来区分(即在主星旁发现的第一颗行星为a,第二颗为b……)
只有太阳系内的行星才有具体的名称。在太阳系内,最远的大行星为海王星。
宇宙外面是什么?宇宙到底有多大?相信很多人都曾经试图找到这个问题的答案,事实上物理学家们研究宇宙已经很久了。宇宙之外是什么样子还是未知数。相信看完下面的内容,或许对于您找到答案有所帮助。
首先我们要知道什么是宇宙,宇宙是万物的总称,是时间和空间的统一。宇宙是物质世界,不依赖于人的意志而客观存在,并处于不断运动和发展中,在时间上没有开始没有结束,在空间上没有边界没有尽头。宇宙是多样又统一的;多样在物质表现状态的多样性;统一在于其物质性。宇宙是由空间、时间、物质和能量,所构成的统一体。
宇宙起源是一个极其复杂的问题。 宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。千百年来,科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天,许多科学家认为,宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,这次大爆炸的反应原理被物理学家们称为量子物理。大爆炸使物质四散出去,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
哈勃体积之外
我们可以在某些方面肯定的说宇宙之外是更多的宇宙。天文学家认为太空是无限的,宇宙之外的空间也和可观测到的宇宙一样充满了能量、星系等等存在。如果真的是这样,那么宇宙之外的存在些什么变成了一个非常奇怪的问题。
在哈勃体积之外,你不仅仅会发现更多不重样的行星——看见任何东西都有可能(小编:看到42)。没错,任何东西。如果你看的够远你会看见另一个宇宙的你,他今天早饭没有吃鸡蛋而是吃的燕麦粥,你会看见另一个不吃早饭的你,你会看见一个天没亮就爬起来抢银行的你。实际上,宇宙论者认为如果你观测地足够远,你会进入另一个哈勃体积——一个完美复刻版的我们生活的宇宙。在10188米之外的另一个宇宙里有一个和你完全相同的人做着和你完全相同的事情。听上去不太可能,但是无限这个概念比无限本身还要更加无限。[page]
暗流星系团
2008年天文学家发现宇宙中成团的物质好像正在以极高的速度朝着同一个方向运动,这个现象用可见宇宙中的任何引力模式都无法进行解释。速度达到每小时2百万英里(321.8万公里)。2010年的新进观测结果确认了这种现象——暗流。这种物质的运动过程挑战了所有对大爆炸后宇宙整体物质分布的预测。可能的原因之一:哈勃体积之外的巨大质量结构产生的引力对本宇宙的影响结果。这意味着在我们观测范围之外的无限宇宙中存在着不可确定的构造。这些构造可能以任何形态出现,有可能是一大块物质和能量的结合体,其体量之大超乎人类想象,也有可能是其他宇宙来的奇怪弯曲漏斗状引力。
宇宙是无限多的泡泡
说到底哈勃体积之外的宇宙还是宇宙,只是我们看不到。这些地方和我们观测到的宇宙遵循同样的物理规律和各种常量。宇宙大爆炸后,宇宙就在不断膨胀,膨胀中会导致太空中产生泡泡。每个泡泡里面都是停止膨胀的宇宙,每个泡泡里面都有各自的物理法则。这种理论认为宇宙无限,泡沫本身也是无限(你可以在某个无穷集合中挑一个无穷数,还是包含于这个无穷集合)。即便你能逃出泡泡的边界,泡泡外的宇宙空间依然在膨胀,无论你以多块的速度追赶你都无法探索到其它的泡泡。[page]
黑洞产卵宇宙论
物理学家Lee Smolin提出过一种新的理论,他认为我们宇宙中的每个黑洞都会创造一个新的宇宙。而每一个新的宇宙的物理定律又和之前的宇宙有些许不同。Smolin提出了一种自然选择的宇宙论,如果某些物理法则可更频繁地生成黑洞,就能创造更多宇宙。同时没有黑洞形成的宇宙只能等死。
有许多平行宇宙
关于平行宇宙的理论就太多了,目前接受程度最高的几种理论中,有一种是弦理论的进化版本:认为有几层膜在其它维度震动。简单的说这些涟漪一样的在11维度震动的膜就是我们的宇宙之外的其它宇宙。涟漪运动效应可以帮助解释已观测宇宙的物质分布。这种理论认为重力之所以特殊的原因是重力是从其它维度中的其它宇宙泄露到我们这个维度的这个宇宙的。(这也能解释为什么重力相较其它基本力如此微弱)。
宇宙有多大? ?
想要了解宇宙究竟有多大,请你试着将一枚硬币放在你的面前。假设这枚小小的硬币就是我们的太阳,那么另一颗代表距离太阳最近的恒星:比邻星的硬币就应当放在大约563公里之外。对于生活在中国的读者而言,比如上海的读者,这第二枚硬币几乎要摆放到山东或安徽省境内,而对于一些小国的居民而言,这颗硬币可能都已经放到外国去了。[page]
而这仅仅是太阳和距离它最近的一颗恒星而已。当你试图模拟更大范围内的宇宙空间时,就会麻烦的多了。比方说,相对于你的那颗硬币太阳,银河系的直径将是大约1200万公里,这相当于地月距离的30倍。正如你所看到的,宇宙的尺度是惊人的,几乎没有办法用我们生活中所熟知的距离尺度加以衡量。
但这并不意味着人类丈量宇宙的梦想是遥不可及的。天文学家在长期的工作研究中已经找到一些行之有效的方法去测量宇宙的尺度。以下我们将向你呈现有关的内容:
1 宇宙的尺度
宇宙的尺度我们并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体
这个星球上没有人知道宇宙究竟有多大。它或许是无限的,也或许它确实拥有某种边界,也就是说如果你旅行的时间足够长,你最终将回到你出发的地方,就像在地球上那样,类似在一个球体的表面旅行。
科学家们对于宇宙具体的形状和大小数据存在分歧,但是至少对于一点他们可以进行非常精确的计算,那就是我们可以看得多远。真空中的光速是一个定值,那么由于宇宙自诞生以来大约为137亿年,这是否就意味着我们最远只能看到137亿光年远的地方呢?
答案是错误的。有关这个宇宙的最奇特性质之一便是:它是不断膨胀的。并且这种膨胀几乎可以以任何速度进行——甚至超过光速。这就意味着我们所能观测到的最远的天体事实上远比它们实际来的近。随着时间流逝,由于宇宙的整体膨胀,所有的星系将离我们越来越远,直到最终留给我们一个一片空寂的空间。
奇异的是,这样的结果是我们的观测能力事实上被“强化”了,事实上我们所能观察到最遥远的星系距离我们的距离达到了460亿光年。我们并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体。[page]
2 充斥着星系
这张照片是美国宇航局哈勃空间望远镜获得的最深邃的影像之一这是美国宇航局哈勃空间望远镜获得的最深邃的影像之一
这张照片是美国宇航局哈勃空间望远镜获得的最深邃的影像之一。科学家们让哈勃望远镜对准天空中的一小块区域进行长时间的曝光——长达数月,尽可能地捕获每一个暗弱的光点。文中上图是局部的放大,完整的图像是下面这幅图,其中包含有1万个星系,从局部放大图中,你可以看到一些星系的细节。
完整的图像完整的图像
当你看着这些遥远的星系,你可能没有意识到自己正在遥望遥远的过去,你所看到的这些星系都是它们在130亿年前的样子,那几乎是时间的尽头。如果你更喜欢空间的描述,那么这些星系离开我们的距离是300亿光年。
宇宙处于不断的膨胀之中,但与此同时科学家们对于宇宙尺度的测量精度也在不断提高。他们很快找到了一种绝佳的描述宇宙中遥远天体距离的方法。由于宇宙在膨胀,在宇宙中传播的光线的波长将被拉伸,就像橡皮筋被拉长一样。光是一种电磁波,对于它而言,波长变长意味着向波谱中的红光波段靠近。于是天文学家们使用“红移”一词来描述天体的距离,简单的说,就是描述光束从天体发出之后在空间中经历了多大程度的膨胀拉伸。一个天体的距离越远,当然它在传播的过程中光波波长被拉伸的幅度越大,光线也就越红。
如果使用这种描述方法,那么你可以说这些遥远的星系的距离大约是红移值Z=7.9,天文学家们立刻就会明白你所说的距离尺度。[page]
3 最遥远的天体
最遥远的天体最遥远的天体
这张图像中间部位那个不太显眼的红色模糊光点事实上是一个星系,这是人类迄今所观测到的最遥远天体。美国宇航局哈勃空间望远镜拍摄了这张照片,这一星系存在的时期距离宇宙大爆炸仅有4.8亿年。
这一星系的红移值约为10,这相当于距离地球315亿光年。看起来这一星系似乎非常孤单,在它的周围没有发现与它同时期的星系存在。这和大爆炸之后大约6.5亿年时的情景形成鲜明对比,在那一时期,天文学家们已经找到大约60个星系。这说明尽管这短短2亿年对于宇宙而言仅仅是一眨眼的功夫,但是正是在这一短暂的时期内,小型星系大量聚合形成了大型的星系。
但是这里需要指出的是,天文学家们目前尚未能完全确认这一天体的距离数值,这也就意味着其实际距离可能要比现在所认为的更近。在美国宇航局的下一代詹姆斯·韦伯空间望远镜发射升空以替代哈勃望远镜之前,科学家们都将不得不在数据不足的情况下进行估算。[page]
4 最遥远的距离
最遥远的距离最遥远的距离
天文学家能够观测到的最遥远的光线名为“宇宙微波背景辐射”(CMB)。这是抵达地球的最古老的光子,它们几乎诞生于宇宙大爆炸发生的时刻。在大爆炸发生后的短时间内,宇宙非常小,因此相当拥挤,物质太过稠密,以至于光线无法长距离传播。
但在宇宙诞生之后大约38万年之后,宇宙已经变得足够大,光线第一次可以自由地传播。这时发出的光是我们今天所能观测到的最古老的光线,是宇宙的第一缕曙光;它存在于宇宙的每一个方向,无论你把望远镜指向哪个方向,都可以观测到它的存在。宇宙微波背景辐射就像一堵墙,我们最远也只能看到墙这一侧的风景,但是却绝无办法穿墙而过。
那么这些最初的宇宙之光怎么变成微波了呢?这还是因为宇宙的膨胀。随着宇宙的膨胀,当时发出的光波波长被逐渐拉长,经历如此久远的时间(137亿年),它们的波长已经被拉伸到了不可思议的程度。随着宇宙膨胀冷却,现在这一辐射的剩余温度大约仅有-270摄氏度,也就是著名的3K背景辐射。这种辐射的分布显示出惊人地各向同性,各处的差异小于10万分之一。
而如果有朝一日人类终于能够制造出高灵敏度的中微子探测器,那么我们将终于可以突破宇宙微波背景辐射设置的那堵墙,而看到其背后中微子出现时的情景,即所谓的“宇宙中微子背景”。和光子不同,对中微子而言,一般意义上的物质几乎是透明的,它们可以轻而易举地穿过地球,穿过太阳,甚至穿过整个宇宙。正是因为这一特征,一旦我们能够解码中微子中携带的信息,我们将能回溯到宇宙大爆炸之后仅数秒时的情景。[page]
5 星系蝴蝶图
星系蝴蝶图星系蝴蝶图
天文学家们向宇宙张望,他们注意到宇宙中的星系分布并非呈现随机状态,由于引力的作用,星系倾向于相互接近,从而形成规模巨大的聚合体,如星系团,超星系团,大尺度片状结构乃至所谓的巨壁。
天文学家们开始着手纪录这些星系在三维空间中的位置,他们很快成功地制作出较近距离范围内星系的三维分布图,这是一项令人惊叹的成就。大部分此类巡天观察都将注意力集中在距离地球70亿光年之内的范围,但他们在此过程中也发现了许多类星体,这是宇宙中亮度惊人的奇特天体,来自早期宇宙,其距离可能是70亿光年范围的4倍以上。
在全部这些努力中,斯隆数字巡天(SDSS)可能算是规模最大的一个。参与这一项目的天文学家们目前已经基本完成对1/3天空的巡天观察,并在此过程中记录下超过5亿个天体的精确位置信息。而本文此处的配图则来自另一项巡天计划:6dF星系巡天,这是目前规模位居第三的巡天项目。这张图像中之所以会缺失很多地方,是因为银河系的阻挡,很多天区我们都无法进行观测。[page]
6 邻近的超星系团
邻近的超星系团邻近的超星系团
在距离地球比较近的空间内,天文学家们的了解相对而言就会多一些。我们现在知道在距离地球约10亿光年的距离内存在一个超星系团的海洋。这些是被引力作用聚集在一起的大量成员星系。
我们的银河系本身是室女座超星系团的成员,这个超星系团正位于这张图像中中央位置。在这个巨大的超星系团结构中,我们的银河系毫无特别之处,它只是位于一隅之地的普通成员星系而已。在这一宏伟结构中占据统治地位的是室女座星系团,这是一个由超过1300个成员星系组成的庞大集团,其直径超过5400万光年。
另一个超星系团很值得关注,那就是后发座超星系团,因为它的位置恰好位于北方巨壁(Northern Great Wall)的中心位置。北方巨壁是一个大到令人难以想象的巨型结构,其直径约有5亿光年,宽度约3亿光年。我们星系“附近”最大的超星系团是时钟座超星系团,其直径超过5亿光年。[page]
7 暗物质和暗能量
暗物质和暗能量暗物质和暗能量
这个宇宙另外一件令人吃惊的事实是:占据宇宙大部分的成分我们却完全看不到。暗物质是一种神秘的存在,科学家们认为它们遍布宇宙各处,但是我们却看不到也摸不着。它们和光以及任何种类的电磁波都不发生作用,而这正是人类赖以探测宇宙的基础工具。不过它会产生引力,通过它对周遭空间施加的引力效应,科学家们能够感受到它们的存在。
是的,我们能够感觉到暗物质确实存在。比如我们所在的室女座超星系团大约拥有10的15次方倍太阳质量,但是整个超星系团的光度却仅有太阳的3万亿倍。这就意味着室女座超星系团的光度相比其质量所应当拥有的光度小了约300倍。这样的事实是难以解释的,但是如果考虑到这其中遍布大量拥有质量但却不发光的暗物质,一切也就不奇怪了。
事实上,根据计算结果,宇宙中的暗物质含量是我们平常所见的普通物质的5倍。但是暗物质尽管强大,却仍然不足以统治宇宙。真正支配着我们这个宇宙的力量来自另一种神秘物质:暗能量。普通物质和暗物质有一个共同点,那就是它们都拥有质量,并向周围空间施加引力影响,换句话说,它们的作用是让物质聚拢,让宇宙减速膨胀甚至最终收缩。然而,当科学家们观测宇宙,试图分辨出宇宙究竟是在减速膨胀还是在收缩时,他们惊骇地发现事实完全出乎他们的预料——宇宙根本没有收缩或减速,它正在加速膨胀!毫无疑问,存在一种未知的强大到异乎寻常的力量,它不但独力抵抗了整个宇宙中所有普通物质和暗物质产生的引力作用,甚至还推动整个宇宙加速膨胀。对于暗能量的发现最近刚刚被授予了今年的诺贝尔物理学奖,但是尽管有了这样的巨大进展,科学家们对于究竟什么是暗能量却依旧毫无头绪,一无所知。现在有关这一课题的理论几乎就相当于“虚位以待”,等待着未来出现一个更加完美的理论能摘取成功解释暗能量本质的桂冠。[page]
8 宇宙之网
宇宙之网宇宙之网
星系巡天的结果显示我们的宇宙似乎显示一种“泡沫网状”结构。几乎所有的星系都分布在狭窄的“纤维带”上,而在它们的中间则是巨大的空洞,天文学上称为“巨洞”。这些巨洞的体积巨大,有些直径可达3亿光年,其中几乎空无一物。但是这样说并不正确,因为尽管我们看上去那里确实是什么也没有,但实际上这里充斥着暗物质。
这里这张图是一份计算机模拟结果,它显示我们的宇宙呈现一种纤维网状结构,其中分布着节点,纤维带和层。这种复杂结构的起源来自宇宙微波背景辐射中微小的涟漪,这是其中密度微小变化的体现。随着宇宙膨胀,这些微小的高密度区去逐渐吸引更多的物质向其聚集,这种效应持续上百亿年,其结果是惊人的——它造就了我们今天所见的宇宙。[page]
9 检验宇宙模型
检验宇宙模型检验宇宙模型
2005年,一个国际天文学家小组试图检验现有的宇宙学理论是否正确。他们进行了一项名为“千年运行”的模拟计划,在计算机中他们模拟100亿个粒子在一个边长为20亿光年的立方体空间中,按照我们现有的理论去作用于它们,是否能得到某种我们所预期的结果。
这项模拟实验中考虑了普通物质,暗物质和暗能量因素,成功地再现出宇宙从混沌逐渐显现类似于我们今天所观察到的宇宙大尺度结构。在模拟运行的过程中,研究人员们目睹了宇宙中大质量黑洞的出现,强大的类星体发出剧烈的辐射,模拟的结果中还出现了大约2000万个星系。正如文中此处展示的那样,研究人员们发现模拟的结果产生出一个和我们所观察到的现实宇宙非常相似的状态。
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