天文之最:宇宙中最大的天體是什麼?

2020-12-03 天文在線

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光速曾被認為是無限的。直到17世紀，丹麥天文學家奧勒·羅默觀察木星與木衛一的掩食，發現當地球在公轉軌道上遠離木星運動時，掩食的周期比理論估計的要更長，羅默才終於發現光速是有限的。經過數百年不斷進步的測量之後，1975年人們終於將光速的數值確定為299,792,458 m/s。

這意味著太陽光並不是瞬間就可以到達我們身邊的。日地距離大約為1.5億公裡，即便是光這麼快的東西也是需要一段時間才能跨越這個距離，雖然並不算長。稍微計算一下我們就知道，太陽光到達地球大約需要500秒或8分20秒，想像一下，其實我們在地球上面看到的太陽並不是"現在"的太陽, 而是8分20秒前的太陽! 另外，著名的南門二也被叫做半人馬座阿爾法星，是除了太陽以外離我們最近的恆星系。我們耳熟能詳的比鄰星便是其中一員，然而即便是比鄰星，它發出的也光需要4.24年才能到達地球！

銀河系（圖片來源：passmil198216 / Fotolia）

光年，即光在一年內走過的距離（大約9萬億公裡），現在已經被用作為衡量天文距離的標準化單位。你可能覺得4.24光年的距離已經是十分不可思議了，而銀河系的寬度可達10萬光年以上。然而即使是銀河系，其寬度也僅為宇宙中最大天體寬度的0.001％。

這，才是真正的不可思議。

它是如此的龐大，人們根本難以相信它居然真實存在！

宇宙中最大的東西極其龐大，它已經超越了我們對大小的感知，違反了人類已知的物理定律。天文學家總是被宇宙的均勻性或同質性所困擾，宇宙大爆炸所殘留下來的熱量在我們看見的各個方向上都驚人地均衡。這些早期的溫度波動引起了密度波動，因此宇宙中的物質也是均勻分布的。

如果宇宙中的物質不是如此平穩地均勻分布，那麼大型團塊就會吸引更小的物質團塊，宇宙將不會膨脹，而是在自身的引力作用下坍縮。然而，儘管宇宙在很大程度上是均勻的，但由於最初輕微的不規則性，宇宙在局部上是參差不齊的。這種不均勻性可以在密集的恆星、星系、星系團（星系的集合）和超星系團（星系團的集合）中觀察到。

可觀測的宇宙擁有大約1000億個星系

宇宙大爆炸模型目前是最被認可的宇宙形成理論，其中非常重要的一個方面是暴脹理論，它可以用來解釋這種均勻性。然而，超星系團武仙-北冕座長城的存在嚴重違反了暴脹定律，它代表了極其巨大的不規則或不均勻性。這個超星系團是如此巨大，乃至超過了宇宙暴脹模型所允許的最大結構尺寸。

武仙-北冕座長城

2013年，由I. Horváth, J. Hakkila and Zs. Bagoly領導的天文學家團隊在尋找伽馬射線暴時，發現了這一巨大的結構。因此，這一結構通常被稱為伽馬射線暴長城。伽瑪射線是整個電磁波譜中能量最高的電磁輻射，這種超高頻輻射只發生在極少數的恆星事件中，例如超新星——某些恆星的爆炸性死亡，中子星的碰撞，或是黑洞吸積盤中高速盤旋的物質。超新星爆發中釋放的能量非常巨大，太陽在其整個生命周期中都無法產生相同的能量！

伽馬射線暴指的是強大的高能伽馬射線閃爆，持續時間可從不到一秒到幾分鐘。它在短時間內釋放出巨大的能量，使其成為宇宙中最為強大的事件。伽馬射線暴主要與坍縮成黑洞的恆星爆炸有關。 （圖片來源：ESO / A.Roquette / Wikipedia Commons）

研究伽馬射線暴能更好地幫助天文學家在宇宙中找到巨型結構。巨大的恆星只能在大量盈餘的密集質量周圍形成，因為這就是它們的「食物」。此外，像我們的太陽系這樣的天體系統，基本上是來自如超新星這種恆星爆炸性死亡期間分離出來的碎片物質團塊。因此，研究這些巨型結構使我們能一瞥宇宙的童年以及其宏偉的歷史。

研究人員在武仙座和北冕座方向上記錄到了一場大約100億光年遠的巨大伽馬射線暴。射線暴發生的廣度達到100億光年寬，相當於可觀測宇宙直徑的10%。

（星系團MACS J0717的哈勃圖像）

這張巨幅圖像顯示了哈勃望遠鏡觀測到的巨大星系團MACS J0717.5 + 3745，這是一個位於御夫座、距離我們54億光年遠的星團。這個無與倫比的大視野由18幅獨立的哈勃圖像組合而成。 （圖片來源：NASA，ESA，Harald Ebeling & Jean-Paul Kneib（LAM）/ Wikimedia Commons）

研究人員自己則對他們的發現不以為然。合著者Jon Hakkila在2014年的新聞發布會上強調了他的懷疑，當時他評論道：「我認為這樣的結構也太大了，不太可能存在。」然而，他們計算出伽瑪射線暴隨機出現在那個位置的可能性非常低——遠低於百分之一。這讓研究人員更加肯定他們的發現，並說服Hakkila 「相信這個結構真實存在」。

事實上，天文學家此前也發現過一些違反暴脹模型的巨型天體結構，例如斯隆長城和巨型超大類星體群。這也是為什麼Hakkila堅持說屬於他的這份榮光不會持續太久；他推測宇宙中存在更大的結構。他認識到，「聲稱找到宇宙中最大、最遙遠或最古老東西的危險在於，遲早有人找到的東西比你找的更大、更遙遠或更古老。」

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.sciabc- Akash Peshin

Space.com

Wikipedia

arXiv.org

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