你對自己居住的城市到底有多了解?我相信,每個人都會有自己最喜歡的餐館、商店,也有避開堵車高峰的私人妙招。但是,任何人都不可能完全熟悉城市裡每個角落的細節。同樣的道理也適用於我們所生活的銀河系。
我們所處的這個天體家園是一個令人敬畏的地方,這裡充滿了恆星、超新星、星雲、能量和暗物質,但它的許多方面依然是神秘莫測的,甚至對於「無所不知」的科學家來說也是如此。如果你希望了解我們的銀河系和它在宇宙中所處的位置,下面我們將一起討論有關銀河系的11個基礎性、啟發性的問題。
銀河系的名字很古老
在電燈出現之前,地球上的每個人都可以一覽無餘地欣賞夜空。而橫跨整個天空巨大的乳白色銀河系星團,則是標誌性的星空景觀。古人給我們銀河系的雲狀結構起了不同的名字,我國古代把銀河也叫天河、星河、河漢等。但它的現代版本來自希臘人。他們有一個神話,傳說嬰兒時期的大力神被帶到女神赫拉身邊,在赫拉睡覺的時候他偷偷吸吮乳汁,結果乳汁灑向天空,形成了銀河(milky way 譯自希臘語 γαλαξα )。史學家們表示,這是一個古老的術語,希臘名字本身的來源早已被時代所遺忘。
無法確定銀河系有多少顆恆星
數星星絕對是一件枯燥乏味的事情。即使是天文學家也在為採用什麼方法最好而爭論不休。他們的望遠鏡只能看到銀河系中最亮的恆星,還有許多恆星都被遮蔽在氣體和塵埃中。要想估計銀河系的恆星數量,有一種技術是觀察恆星在銀河系內的軌道運行速度,這就可以得出銀河系的引力和質量。將星系質量除以恆星的平均大小,就可以得到答案。但是,科學家們表示,這些數字都是近似值。恆星的大小差異很大,在估計銀河系中恆星的數量時需要做很多的假設。現在,歐洲航天局的蓋亞衛星已經繪製了銀河系中10億顆恆星的位置圖,但科學家認為,這隻佔總數的1%,所以銀河系中可能有大約1000億顆恆星。
沒人知道銀河系有多重
與此相關的是,天文學家仍然不確定我們的星繫到底有多重。通常的估計,其質量是太陽的7000億到2萬億倍。想要更好地理解這一點並非易事。據稱,銀河系的大部分質量 —— 大約85%至93% —— 是以暗物質的形式存在的,暗物質不發光,因此無法直接觀測到。一直以來的研究關注的是,銀河系巨大的質量對圍繞它旋轉的小星系的引力作用有多強,並將銀河系的質量估計提升到9600億倍的太陽質量。而最新的研究,又將銀河系的質量估計為8900億倍的太陽質量。
銀河系可能在宇宙中一個又大、又空曠的地方
幾項研究表明,銀河系及其鄰居生活在宇宙的邊遠地區。從遠處看,宇宙的大尺度結構就像一張巨大的宇宙網,由一縷縷的細絲連接著稠密的區域,這些區域被巨大的、幾乎空無一物的空洞隔開。其實,這句話的重點應該是「幾乎空無一物」,因為我們自己的銀河系似乎就是「基南、巴爾傑和考伊(KBC)」虛空的居民,該虛空以三位天文學家的名字命名,他們在2013年的一項研究中發現了它。據報導,去年,一個獨立的團隊研究了宇宙網絡中星系的運動,進一步證實了我們的銀河系漂浮在一個又大、有空曠的區域。
天文學家正試圖拍攝銀河系中心的巨型黑洞
潛伏在我們銀河系中心的是一個飢餓的龐然大物,一個重量相當於400萬個太陽的巨大黑洞。科學家們之所以知道它在那裡,是因為他們可以追蹤銀河系中心的恆星的軌跡,看到它們似乎圍繞著一個看不見的超大質量物體運行。近年來,天文學家一直在綜合利用多個射電望遠鏡的觀測結果,試圖對黑洞周圍的環境有一個大致的了解。最終,這個名為「視界事件望遠鏡」的項目,為人類帶來了第一幅黑洞邊緣的初步圖像。
小星系會圍繞銀河系運行,甚至撞到它
根據歐洲南方天文臺的說法,當葡萄牙探險家費迪南德·麥哲倫(Ferdinand Magellan)在16世紀航行穿過南半球時,他和他的船員是最早報告夜空中圓形星團的歐洲人之一。這些星系團實際上是圍繞我們銀河系運行的小星系,就像圍繞恆星運行的行星一樣,它們被命名為小麥哲倫星雲和大麥哲倫星雲。許多這樣的矮小星系圍繞著我們的星系運行,有時它們會被我們巨大的銀河系吞噬。前期,天文學家發現蓋亞(Gaia)衛星的新數據顯示,我們銀河系中的數百萬顆恆星在類似的狹窄的「針狀」軌道上運行,這表明它們都來自一個名為「Gaia Sause」的早期矮小星系。
銀河系中充滿了有毒的油脂
在我們銀河系恆星之間大部分空曠的空間裡,旋轉著的是一堆骯髒的「油脂」。這些被稱為「脂肪族碳化合物」的油性有機分子,在某些類型的恆星中產生,然後被洩漏到星際空間。最近的一項研究發現,這些類似油脂的物質可能佔銀河系星際碳的四分之一到二分之一,是之前估計的五倍之多。據研究人員稱,儘管這一發現很奇怪,但令人樂觀。因為,碳是生命的重要組成部分,所以在整個銀河系中發現大量的碳,可能意味著其他恆星系統蘊藏著生命。
銀河系將在40億年後與它的鄰居相撞
遺憾的是,我們的星系不會永遠漂浮在這裡。天文學家知道,我們目前正以大約每小時25萬英裡(40萬公裡)的速度向我們的鄰居仙女座星系飛馳。在大約40億年之後,兩大星系將發生大碰撞。大多數研究都表明,質量更大的仙女座星系會吞噬我們自己的銀河系。但在最近的一項研究中,天文學家重新測量了仙女座星系的重量,發現它大約相當於8000億個太陽,或與我們的銀河系質量相當。這意味著,究竟哪個星系會在未來的星系碰撞中生還,仍然是一個懸而未決的問題。
來自我們鄰居星系的恆星正在向銀河系飛馳
你可能想像不到,宇宙中的星系有時也會相互交換星星。研究人員最近正在尋找超高速恆星,這些恆星在與位於其中心的巨大黑洞相互作用後,會以令人難以置信的速度從星系拋出。科學家們還發現了更奇怪的現象,大多數高速運動的恆星並沒有遠離我們的星系,而是朝著我們的方向高速飛行。天文學家解釋道,這些可能是來自另一個星系的恆星,正在銀河系中飛馳。這些奇怪的恆星可能起源於大麥哲倫星雲,或更遙遠的其他星系。這些被發現的天體「可能構成大量類似恆星的冰山一角」。
銀河系中出現了神秘的氣泡
想像一下,你發現你的客廳(已經是你熟悉的不能再熟悉的客廳)裡面有一頭以前從沒注意到的大象。這種感覺或是經歷,就是2010年科學家們所感受到的:他們發現了巨大的、前所未見的結構,在銀河系上下延伸了2.5萬光年。科學家們以發現它們的望遠鏡為其命名:「費米氣泡」。這些發射出伽馬射線的物體從那時起,就一直在挑戰天文學家的解釋。不久前,一個研究小組收集的證據表明:這些氣泡是600萬到900萬年前一次高能事件的後果,當時銀河系中心的超大質量黑洞吞噬了一大團氣體和塵埃,噴出了巨大的發光雲層。
我們的銀河系正受到來自宇宙另一端的奇異能量脈衝的轟炸
在過去的十年裡,天文學家一直在探測來自遙遠宇宙的奇怪閃光。這些神秘的信號被稱為快速射電暴(FRBs),但至今還沒有一個公認的解釋。儘管,對它們的了解已經有10多年了,直到最近,研究人員才捕獲了大約30個這樣的 FRBs 的例子。但在最近的一項研究中,澳大利亞科學家又發現了20個FRBs,幾乎是的已知物體數量的兩倍。雖然他們仍然不知道奇怪的閃光的來源,但研究小組能夠確定光已經穿過了數十億光年的氣體和塵埃,這些氣體和塵埃在信號附加了明確的信息,表明FRBs來自很遠的地方。
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