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室女座明明很空,为什么天文学家盯着它不放

把望远镜对准一片“空地”

春天的晚上,你顺着大角星和狮子座的方向找过去,“春季大三角”的第三个顶点就是室女座的角宿一。可除了这颗亮星,室女座其余部分相当寡淡:几颗暗星连成一个松散的“Y”字,没有猎户座那样好认的腰带。

但你把一台口径20厘米的望远镜对准室女座中部一块看上去空无一物的天区,曝光十几分钟,照片上会浮出几十个边缘模糊的“棉花团”。它们不是恒星,每一个都是装着上千亿颗恒星的星系——就在你以为最空的那片天上。

一句话说清:室女座星系团

室女座星系团,是距离我们最近的大型星系团:上千个星系被引力拴在一起,像早高峰时挤在同一座换乘大厅里的人流。它们当然没有真的挤在一起,星系本体的直径通常只有十万光年量级,彼此间隔着数百万光年;只是放在整体尺度上看,这里的星系密度确实远高于宇宙平均水平。

这里要分清三个层次:室女座是一个星座,是人们在地球天空上划出的方位;室女座星系团是那片天区背后真实存在的星系聚集;而室女座超星系团,则是把室女座星系团和银河系都包进去的更大一级结构。

5400万光年,到底是多远

室女座星系团距离我们约5400万光年。光从那里出发,要走5400万年才能到地球——出发时,恐龙才刚刚从地球上消失不久。

换个贴身的尺度:把银河系(直径约10万光年)缩成一枚直径2.5厘米的硬币,室女座星系团就在大约13米开外;团里上千个“硬币星系”,散落在一个直径约3.7米的圈内。你站在这枚硬币上望过去,那边是一整片摊开的硬币滩,整个星系团的跨度约1500万光年。

照片里那圈“甜甜圈”

星系团中心附近有个大家伙——M87星系。2019年,事件视界望远镜公布了它中心黑洞的图像:一圈亮环围着中央暗影。这是观测证实的结果,不是想象图,亮环来自被引力弯折并高速旋转的炽热物质。这个黑洞的质量估计约为65亿个太阳质量。要注意,亮环不是黑洞本身,黑洞没有可供发光的“表面”,你看到的是它门口堵成一圈的车流。

星系跑得太快,是谁在拉

1933年,兹威基在星系团里发现一件怪事:只按星系发出的光来估算质量,引力根本拴不住跑得那么快的成员星系。室女座星系团也有类似的麻烦——团内星系的速度,加上X射线观测到的大片高温气体(温度可达上千万度),都指向一份看不见的质量。

目前的主流解释是暗物质,但暗物质究竟是什么,至今没有被直接探测到,目前尚无定论。它是理论推算与观测推断共同要求的“缺席者”,而不是已经抓到手的答案。

我们其实住在郊区

银河系不在室女座星系团的中心,而在它外围。整个室女座超星系团直径约1.1亿光年,包含约上百个星系群,我们的本星系群只是其中之一,位置偏在边缘。

观测显示,本星系群正以约每秒200公里的速度朝室女座方向靠近——大约相当于民航客机巡航速度的八百倍。但放在宇宙尺度上,这场“坠落”慢得几乎可以当作静止。

再看一眼那片“空地”

回到开头:角宿一距我们约250光年,是银河系内的邻居;而它旁边那些模糊的棉花团,每一个都在几千万光年之外。近的和远的叠在同一片天上,肉眼分不出层次。

下次春夜,你可以试着找找室女座那个“Y”字。但更值得琢磨的问题也许是:如果一个星系团能靠看不见的质量把上千个星系拴住几十亿年,那么我们自以为“看见”的宇宙,究竟只占了多少?

延伸阅读

  • 纪录片《宇宙时空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey,2014),国家地理频道播出,其中星系与暗物质的段落适合入门。
  • 卡尔·萨根《宇宙》(Cosmos),中译本已由多家出版社出版,可对照书中对星系尺度的描述阅读。
  • NASA/IPAC 河外星系数据库(NED,ned.ipac.caltech.edu),可自行检索室女座星系团成员星系的实测距离与分类。
文章名称:室女座明明很空,为什么天文学家盯着它不放
文章链接:https://m.nasaeye.com/science/3148.html

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