巨引源，宇宙的無量引力，是什麼在拉動億萬星系前進？

歡迎收看老名的頻道 在長蛇半人馬座方向有一股神祕的力量 這股力量大到讓人恐怖 它影響了四億光年內所有的星系 將這些星系向同一個方向拉扯 我們的地球也在其中 現在咱們說話的這會兒 每一秒鐘 我們都在向着那股神祕力量前進600公里 四億光年裏有多少星系呢 據估算 大約有10萬個像我們銀河系一樣的星系 到底是什麼產生了這麼巨大的引力 在億萬年後 它會將10萬個星系全部吸引到一起嗎 有關這個神祕的引力事件 咱們還得從頭說起 時間來到1958年 美國加州理工大學的天文學家喬治阿貝爾 主持了一項大規模的尋天調查 他使用帕洛瑪天文臺 1.22米直徑的施密特望遠鏡 對着北天極到-24度赤尾的天空進行觀測 望遠鏡給出的數據是非常枯燥的 但是阿貝爾卻從圖中讀出了不一樣的訊息 這些數據慢慢地在他的腦海裏形成了三維的結構 他突然意識到 他發現了一個前所未有的巨大的宇宙結構 原本我們以爲銀河系就是旁人拿捂了 但是阿貝爾發現 有許多像銀河系一樣的星系 因爲引力被束縛在一起 這些星系又組成了一個更爲巨大的整體 這種宇宙結構就稱爲星系團 像我們的銀河系就處在本星系團中 這張圖就是本星系團的三維座標圖 這組星系群裏最大的一個是仙女座星系 第二大的是我們的銀河系 第三大是三角星系 然後有大約100個小型的矮星系 本星系團的質心就位於銀河系與仙女座星系之間 直徑大約爲1000萬光年 這是一個讓人歎爲觀止的巨大結構 阿貝爾和同事們一共進行了31年的天文觀測 發現每個星系團都由數十到數百個星系組成 他們一共描繪了4073個星系團 統稱爲阿貝爾星系團譜 這是天文學上的一個重大突破 人們曾經設想 星系團就是宇宙中最大的結構了 沒想到僅僅在十幾年之後 天文學家就發現了更大的宇宙結構 時間來到1977年 美國加州大學伯克利分校的天體物理學家喬治·斯穆特 在一次觀測中偶然發現 當某個天體相對於宇宙背景輻射運動時 它內部的溫度在運動的方向上會高一點 反之則溫度會低一些 這就是天文學上著名的偶集各項異性現象 這個發現非常重要 因爲這個發現 人類才能知道我們的銀河系向着什麼方向運動 通過不斷研究 天文學家最終確定 銀河系正朝着半人馬座方向移動 移動的速度很快 達到了每秒600公里 運動肯定與引力有關 這說明銀河系正在被一股巨大的引力所吸引 通過對銀河系周圍數百個星系的運動軌跡計算 他們發現在本星系團上還有一個更大的結構 稱爲本超星系團 也稱爲仕女座超星系團 我們再來看一看我們在宇宙中的位置 我們的本星系團在仕女座超星系團的外圍 仕女座超星系團至少存在着100個本星系團這樣大的星系集群 它們聚集在一億一千萬光年的一個空間內 引力的中心位於仕女座超星系團 我們所在的本星系群就環繞着仕女座超星系團中心運動 繞行一圈需要多長的時間呢 這個數字太嚇人了 大概是1670億年 宇宙誕生到現在纔不到138億年 這意味着銀河系至今還沒有環繞着仕女座超星系團公轉一週 事實上這個公轉週期只是理想化的計算結果 銀河系永遠也不會完成一圈公轉 爲什麼呢 因爲更加讓人迷惑的天文現象出現了 時間來到1979年 意大利天文學家欽卡里尼對長蛇半人馬座方向的天域進行觀測時 發現在一片超級巨大的星空裏 所有的星系都在向一個方向移動 這說明在長蛇半人馬座深處有一股巨大的引力 但是欽卡里尼不能肯定他的發現 五年後的1984年 其他的天文學家也注意到了這個奇怪的現象 更加恐怖的是 他們發現這個巨大的引力源比欽卡里尼當初設想的範圍要大得多 包括當時所知的最大的結構 龐大的仕女座超星系團都在向着長蛇半人馬座的方向運動 前面也介紹了 每發現一個更加龐大的宇宙結構都是因爲對引力的觀測 當天文學家發現仕女座超星系團也被引力吸引的時候 就大概率的說明 在仕女座超星系團之上很可能還有更大的超乎想象的宇宙結構 像這樣重大的天文發現必須要經歷非常科學的詳盡的求證過程 爲了搞清楚我們人類到底在宇宙中處於什麼位置 天文界對長蛇半人馬座方向的全方位觀測開始了 時間來到1988年 劍橋大學的唐納德·林登貝爾 加州大學聖克魯茲分校的山德拉·法貝爾和坎裏基學院的艾倫·德萊斯勒等七位頂尖的天文學家組成了一個小組 他們稱自己爲七武士 爲什麼要組成一個七人小組 就是因爲這次觀測的難度太高 數據量太大 七武士申請使用了世界各地的多處天文臺 利用當時最先進的基礎 把半人馬座的前景星系和背景圓區分開 對400個臨近的橢圓星系進行觀測 他們的觀測結果是一種無與倫比的震撼 我們的銀河系以及臨近的數萬個星系正在以每秒600-1000公里的速度向一個方向前進 長蛇半人馬座方向的引力圓終於被確定了 這個方向的引力太大了 相當於太陽質量的3-5.4×10的16方次倍 或者說相當於7000個銀河系的質量 七武士中的艾倫·德萊斯勒將這個引力圓起名爲至大吸引點 中文翻譯爲聚引圓 聚引圓在銀晶307度 銀尾9度 距離銀河系1.5-2.5億光年 影響範圍超過4億光年 聚引圓的發現震動了天文界 它到底是什麼 這麼巨大的引力是由什麼組成的呢 所有人的第一反應當然是看一看了 但是天文學家無法看到聚引圓 什麼原因呢 因爲聚引圓恰好在銀河系銀盤的背面 銀河系整體呈盤狀結構 在銀盤中包含了大量的恆星 繞着銀河系中心旋轉 銀盤還包含許多星雲 行星 氣體和塵埃 光學望遠鏡無法穿透銀盤 當然也就無法看到銀盤背後的聚引圓 我們的太陽一直在繞着銀河系中心一起 科學家估算 大概在經過一億年的時間 太陽就會繞過銀盤 那個時候就可以用光學望遠鏡觀測聚引圓了 一億年 這不是瞎掰嗎 與我們人類這種好奇的天性 誰也不願意等一億年的時間 還有沒有其他的辦法觀測聚引圓呢 科技的發展再一次提供了可能性 時間來到1996年 在發現聚引圓八年之後 天文觀測手段又有了巨大的進步 除了可見光之外 紅外和X光頻段的觀測也越來越精細 尤其是最新一代的X射線望遠鏡 能夠部分的穿透銀盤中的氣體和塵埃 揭開銀盤背後一絲神祕的面紗 在這一年的年中 南非女天文學家雷尼科特韋格使用X射線天文臺Rosette首次對準了銀盤 X射線剝離了星際塵埃的迷霧 他得到了人類歷史上第一張銀盤背後的影像 這是一張讓人歎爲觀止的照片 和我們在其他天區觀測的宇宙一樣 銀盤背後同樣是無窮無盡的信息 通過對Rosette照片的分析 在巨影源的中心有一個巨大的星系團 天文學家稱爲Abel3627 也稱爲諾瑪星系團 諾瑪星系團距離地球2.2億光年 正是諾瑪星系團形成的巨大引力將銀河系不斷的向它的方向拉動 巨影源之謎終於被科學家破解了 通過對巨影源引力的計算 天文學家確認 在始女座超星系團之上還有一個更大的宇宙結構 稱爲拉尼亞凱亞超星系團 這是一個嶄新的從未曾看到過的宇宙結構 所有的星系團都在像一個吸引槽內運動 就像水流積在最低點一樣 拉尼亞凱亞超星系團的範圍達到了驚人的5.2億光年 質量爲太陽的10的17次方倍 它是銀河系和附近約10萬個星系的家園 拉尼亞凱亞超星集團由四個大的超星集團組成 第一個就是我們銀河系所在的始女座超星集團 然後是長蛇半人馬座超星集團 孔雀印度河超星集團和南部超星集團 儘管四大超星集團中間有巨大的空間 但是它們相互聯繫 在太空中產生了大量的流動 這是一個多麼宏大的宇宙結構 到目前爲止 在拉尼亞凱亞超星集團之上沒有再發現更大的結構了 到這個時間點 人們認爲已經解決了巨影原之謎 但是宇宙的複雜遠遠的超出了我們的想象 新的計算再次讓天文學家產生了疑問 前面介紹了銀河系向巨影原方向的運動速度爲每秒鐘600公里 但是巨影原的質量並不足以讓銀河系運動的如此之快 這背後還有什麼原因呢 2000年初 天文學家再度向銀盤的背後發起了挑戰 這一回 他們利用升級版的X射箭望遠鏡 想徹底搞清楚銀盤背後還有什麼未知的東西 這個項目叫做避讓區集群項目 簡稱爲CESA 幾年的時間裏 天文學家又在銀盤的背後發現了200多個星系團 雖然數量很多 但是在複雜的計算之後 發現這些星系團的質量提供不了那麼大的引力 也就是說還有其他未知的引力在起作用 只是人類還沒有發現的 這到底會是什麼呢 時間來到2005年 重大的突破終於出現了 CESA發現在更加遙遠的宇宙深處似乎隱藏着一隻巨獸 早在1930年的時候 美國天文學家哈洛沙普利就發現了類似星系的遙遠天體 但是直到90年代 在更精密的天文儀器出現前 人們並不關注他的研究 1997年到2001年 藉助更先進的設備 天文學家對沙普利星系團的觀測越來越深入 在這個集群上發表了40多篇論文 人們開始意識到這個星系團也許大的讓人驚訝 2005年 CESA最終確認 沙普利星系團其實是一個超星系團 這個超星系團的質心大致位於赤經50 40分 赤尾-54度 距離銀河系大約6億5000萬光年遠 到目前爲止 天文學家能夠確定的有以上這25個標爲藍色的星系團 他們是沙普利超星系團的一部分 隨後CESA也確認了超星系團的質心部分 這是一個比聚引源更巨大的超星系團的中心 天文學家稱之爲沙普利吸引子 沙普利吸引子大約包含了8000多個星系 質量是銀河系的1萬倍 它的引力大約是聚引源的4倍 當銀河系被聚引源吸引的時候 聚引源也同時在被沙普利吸引子所吸引 天文學家認爲 沙普利吸引子對銀河系的運動速度有更大的影響 我們的銀河系在宇宙中奔行 大約44%的引力來自聚引源 而高達56%的引力來自質量更大 距離更遠的沙普利吸引子 原來這是一個疊加的引力效應 有趣的是 故事還沒有結束 時間來到2016年 南非女天文學家雷尼科特韋格又有了全新的發現 這位女科學家已經研究銀盤背後的避障區幾十年了 20年前 正是她和她的團隊發現了諾瑪星系團 這一回 她將目光看向了更遙遠的地方 2016年 雷尼發表了一篇重要論文 她利用英澳望遠鏡與南非的大望遠鏡鎖定了一個未知的區域 確定了在8億光年之外的另一個超新系團 稱爲船番座超新系團 這個星系團提供了引力 使銀河系每秒鐘的時速增加了50公里 就這樣 有關銀河系在宇宙中運動的全部謎團終於解開了 由聚引源 沙普利希因子爲主的引力吸引 再加上船番座超新系團貢獻的一部分引力 使我們銀河系在宇宙中的運動速度達到了每秒600公里的超高速 以上就是有關聚引源的故事 天文學家就是用這個聚引源的視力範圍來確定拉尼亞坎亞超新系團邊界的 這個發現對於我們來說具有重要的意義 因爲它重新定位了我們在宇宙中的位置 對宇宙微波輻射的研究表明 在宇宙大爆炸30萬年以後 宇宙空間中的溫度產生了微小的差異 大尺度結構的胚胎就在極早期的混沌中隨機漲動 不知道在什麼時候 引力就接管了宇宙 在接下來的數億年裏 胚胎的體積不斷的增大 在太空中隨機聚集 星系出現了 隨着宇宙的膨脹 冷卻的物質不斷的增加 逐漸變成我們今天看到的星系團 正是對聚引源的研究引發了對宇宙大尺度結構的研究 從幾十億甚至上百億光年的範圍來看 宇宙中物質分佈是極度不均勻 巨大的氣泡空洞分隔開片狀結構和星系纖維 超新集團就像是其中偶爾出現的密集節點 宇宙大尺度結構與星系紅移觀測 宇宙微波背景輻射測量 宇宙間氫元素風度一起 成爲宇宙大爆炸的四大有力證據 雖然直到今天 很多人都認爲宇宙大爆炸理論匪夷所思 但是幾乎所有的證據都指向宇宙的確產生於一次巨大的爆炸 在節目的最後 我們再來回答一開始的問題 巨引源的引力如此巨大 它會將拉尼亞凱亞超新系團中十萬個星系拉在一起 最終變成一個質量超級大的黑洞嗎 事實上是不會的 這與銀河系永遠也不會繞行仕女座超新系團一週的原因是一樣的 因爲宇宙在不斷的膨脹 宇宙空間總是在無中生有 雖然我們以每秒600公里的速度向巨引源前進 但實際上不斷前進的速度遠遠小於空間的擴張速度 銀河系每秒鐘都在遠離巨引源 科學家計算遠離的速度爲每秒鐘3350公里 因爲銀河系與仙女座星系的碰撞速度大於兩個星系之間空間膨脹的速度 大約在70年後 銀河系與仙女座星系會合並 而其餘的星系都會遠離我們 最終所有的星系都會消失不見 其實我們對宇宙瞭解的越多 就越會發現我們的物質 宇宙空間爲什麼會不斷增長呢 沒有人知道原因 引力到底是什麼 沒有人知道 但是根據現在的觀測 在宇宙尺度上膨脹戰勝了引力 假設在101年之後 宇宙中的某個星系誕生了一個文明 這個文明仰望星空 很可能發現宇宙中只有一個星系 那他們就會認爲宇宙是由一個星系和巨大無比的黑暗空間組成的 是他們不如我們聰明嗎 當然不是 這是一個細思極恐的問題 我們的全部認知其實都建立在可觀測性上 在可觀測宇宙之外 宇宙隱藏了全部的信息 換句話說 宇宙讓我們知道什麼 我們纔有可能知道什麼 好了 今天的節目就分享到這裏 別忘了關注老明的頻道 我們下期節目再聊