是什么力量如此强大以至于能够改变星系运行的方式?
太阳系所在的星系叫做银河系,银河系包含数千亿颗恒星。 我们已知的宇宙有2000亿个星系 ,每个星系都独一无二、浩瀚无边而且充满活力。星系充满暴力,它们在暴力中诞生,也在暴力中毁灭,星系从何而来、它们是如何运转的、星系有着怎样的未来、又将如何走向灭亡?
我们所处的星系·银河系, 银河系的 历史 约有120亿年之久 ,银河系正如一个中间隆起的大圆盘,四周还有巨大的旋臂,银河系只是宇宙中无数星系中的一个,星系是恒星主要、也是最大的集合,仅一个中等大小的星系,就存在1000亿颗恒星,它们是恒星的摇篮,恒星在此诞生、也在此消亡。星系中的恒星在星云中诞生,星云由尘埃和气体构成, 「鹰状星云」是银河系深处恒星的巨型“孵化场” 。
银河系有数千亿颗恒星,许多恒星周围都有行星系和卫星系,然而,长期以来对星系并不十分了解。一个世纪前,我们认为宇宙中只存在银河系, 科学家称其为我们的“宇宙岛” ,他们当时认为宇宙中并不存在其它星系。
然而在1924年,天文学家爱德温·哈勃推翻了这一观点,哈勃运用当时最先进的2.5米口径「胡克望远镜」在洛杉矶附近的威尔逊山观测宇宙,在夜空深处,他看见了遥远而模糊的点点星光,他意识到这些并不是单个的恒星,而是 一个恒星群 , 宇宙中的星系远不止银河系 。
他的这一发现让当时的天文学家的认知受到了巨大的打击,宇宙的概念从只有银河系,变成了拥有数十亿星系的浩瀚宇宙。 哈勃的发现是天文学 历史 上最重大的发现 ,宇宙包含不止一个,而是许多星系。
星系的确巨大无比,在地球上我们用公里衡量距离,在太空天文学家用光年衡量距离, 光年指的是「光」行进一年的距离 ,约为94,600亿公里。
地球距离银河系中心有25000光年,银河系的直径超过10万光年,尽管银河系已经如此之大,但对整个宇宙来说,也只是沧海一粟。银河系对我们而言或许很大,但与其它一些星系相比,它确实非常渺小。
体积对比:
图解:星系体积对比图
宇宙起源于大爆炸,138亿年前,宇宙还处在密度极大、温度极高的混沌状态,当时宇宙中没有任何星系存在,所以星系一定是在那个初始状态之后形成的。恒星的形成需要引力,而将恒星聚集成为星系,需要更大的引力,最早的恒星形成于大爆炸后2亿年, 引力将恒星聚集在一起,形成了最早的星系 。
「哈勃太空望远镜」使科学家能够看到过去、回到创世之初 ,也就是星系刚刚开始形成的时期,「哈勃太空望远镜」能观测到许多星系,但是我们今天看到的光是这些星系数十亿年甚至数万亿年前发出的,这些光需要经过如此漫长的时间才能到达地球,所以我们今天所见的其实是这些星系远古的 历史 。
例如:
观察「哈勃深空」可以看到一些模糊的光点,看过来并不像是星系,这些微小模糊的光点几乎无法辨别, 这些模糊的光点包含数百万甚至数十亿颗恒星 ,正逐渐聚集在一起形成新的星系。
这些模糊的光点就是最早的星系,它们大约与宇宙大爆炸后10亿年形成,这是「哈勃太空望远镜」所能看到的最远之处了,如果想看的更远,并回溯更遥远的过去,则需要另一种望远镜。
「阿塔卡马宇宙望远镜」这种望远镜太大,不能发射到太空,这台望远镜座落于智利北部荒漠高原上,该望远镜位于海拔5200米处,是世界上海拔最高的望远镜。「阿塔卡马宇宙望远镜」并非用来侦测可见光, 而是用来探测宇宙诞生几十万年之后的宇宙微波辐射 ,这架望远镜不仅能探测到早期星系,还能看到它们是如何形成和发展的。
「阿塔卡马宇宙望远镜」帮助天文学家了解到星系是如何从诞生之初逐渐演化的 ,天文学家观察星系是如何从恒星群发展成为我们今天所见的复杂体系的,恒星形成恒星团,恒星团形成星系,星系团形成超新星团。
图解:这是「哈勃深空」的星系图片,一个光点代表一个星系
早期星系杂乱无序,恒星气体和尘埃混成一团 ,但是,如今的星系看上去十分整齐有序,那么杂乱无章的星系是如何转变为美丽的螺旋星系或风车星系的呢?
答案:引力、
引力塑造了星系的形状,并掌控着星系的未来,大多数星系的中心都有一个能量巨大、破坏性极强的引力源,在银河系中心深处就有一个这样的引力源。
星系存在的 历史 已有120亿年了 ,这些庞大星系的形状和大小各不相同,从盘绕的螺旋到巨大的球体,目前对这些星系仍旧知之甚少,恒星气体和尘埃混为一团,然而历经几十亿年的演化后,它们形成了像漩涡星系或银河系这样整齐有序的结构,银河系起初并不是一个幼小星系,而是由许多小星系组成,现在的银河系曾经包含许多形状不规则的小结构体,这些结构体逐渐开始融合, 引力将各个小结构体聚集在一起,并逐渐将恒星向内拉拢,它们开始加速旋转,直到形成一个扁平的圆盘 ,恒星和气体被抛甩形成巨大的旋臂,这一过程在宇宙中重复了数十亿次。
这些星系看上去形状迥异,但它们都有一个共同点,那就是它们都环绕星系中心的某一点做轨道运行,科学家们研究发现这一中心就是 「黑洞」所产生的引力改变星系运行的方式的原因 。
「超级黑洞」存在的线索就是,一些星系的中心产生巨大的能量,通过观测可以看到黑洞正在吞噬它们周围的物质,但是这不是一般意义上的黑洞,而是「超级黑洞」。「超级黑洞」正在吞噬周围的恒星和气体,黑洞有时会吞噬掉太多的物质,于是会将吞入的物质吐回太空,同时喷发出纯能量波束,这些被吐出来的物质就是「类星体」, 如果科学家看见「类星体」从星系中迸发而出,他们就可以断定那里有一个「超级黑洞」。
图解:黑洞正在吸进物质
证据:
在银河系的中心,找到「超级黑洞」的关键,是要观察恒星如何运转,恒星运转是因为引力的作用,正如行星围绕太阳运行一样, 离中心最近的恒星被厚厚的尘埃云遮盖 。
“安德里亚·盖孜”在过去的15年中一直在寻找答案。她选择了位于夏威夷岛的「凯克望远镜」,透过云层,她看到一个陌生的荒凉之地,银河系中心的一切都更为极端,物体运行速度非常快, “盖孜”拍摄一些在星系中心附近运转的恒星照片 ,她们拍摄的照片揭示了一些令人震惊的事实,恒星每小时可运行数百万公里, 事实的确如此,“盖孜”追踪了恒星的运行情况,并且找到了运行轨道的确切位置,只有一样东西具有如此大的能量使恒星快速运动,那就是「超级黑洞」。
图解:图片中心黑点就是黑洞
正是「超级黑洞」产生的引力,使恒星高速运转, 恒星运行的轨道就是「超级黑洞」存在的铁证 。
图解:“安德里亚·盖孜”在过去的15年中拍摄的图片整理成恒星运行的动态图
银河系中心的「超级黑洞」十分巨大,直径长达2400万公里,它对地球是否构成威胁?
实际上 地球与银河系中心的「超级黑洞」相距25000光年 ,相当于数万亿公里的距离,地球现在仍处于安全的位置。
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