【宇宙之謎】249億光年外發現不該有的星系,天文學家:早出現26億年

薛定諤的貓 2021/05/22 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

根據《科學》(Science)雜誌刊載的一項新研究[1],天文學家發現了一個目前距離地球249億光年的遙遠星系——BRI 1335-0417,它出現在年齡只有14億年的年輕宇宙中。但它的一個特徵讓天文學家感到非常驚訝,這樣的星系本不該存在於當時的宇宙中,目前的理論無法解釋。

在直徑為930億光年的可觀測宇宙中,估計存在2萬億個星系,我們所生活的銀河系就是其中一個。從結構上來講,星系可以劃分為三大類:螺旋、橢圓以及不規則。

在目前的宇宙中,大部分星系都為螺旋星系,占比可達三分之二。螺旋星系的特徵是中心有一個聚集大量恒星的核球,從核球周圍會延伸出幾條旋臂。銀河系屬於螺旋星系(又可以進一步細分為棒旋星系),存在4條主旋臂和至少2條支臂,我們的太陽系處在獵戶支臂上。

基於阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)的觀測結果,BRI 1335-0417星系存在螺旋結構、旋轉盤和中心大質量結構,這意味著它是一個典型的螺旋星系,這也目前已知最遠最古老的螺旋星系。

根據星系演化理論,宇宙中的第一批星系最早出現在宇宙大爆炸後2億年,即136億年前。目前,天文學家觀測到的最古老星系是134億年前的GN-z11,它存在於年齡僅為4億年的早期宇宙中。

雖然宇宙中早就有星系形成,但最初的星系都是不規則的,根本來不及也沒有沒條件來形成螺旋星系。在如今的宇宙中,螺旋星系是主流,但隨著時間的往前回溯,它們的數量將會大幅下降。

光速在宇宙中的傳播速度是有限的,這意味著我們看到越遠的光子,也就看到了越早的時間,光子從遙遠宇宙傳播到地球上需要時間。當天文學家觀測遙遠宇宙時,發現螺旋星系的數量會隨著時間的回溯而迅速減少。

早期宇宙要比現在小得多,物質密度也大得多,所以那時的宇宙十分混亂。大量星雲在暗物質的作用下形成新的星系,它們的形狀都是不規則的,這個可以從幾乎看到宇宙盡頭的哈勃極深場窺見一斑。

在第一批星系形成之後,還需要非常漫長的時間,引力才能把星系「攤成」薄餅狀,並形成旋臂。在引力混亂的早期宇宙中,不允許星系形成獨特的螺旋結構。

天文學家估計,只有宇宙誕生40億年後,才有條件大量形成螺旋星系。而螺旋星系BRI 1335-0417的出現比理論上早了26億年,它的螺旋結構成因不明,這是天文學家目前所無法理解的現象。

雖然BRI 1335-0417還不是成熟的螺旋星系,但它的兩條旋臂非常明顯,從星系中心向外延伸了大約1.6萬光年。在該星系的中心,天文學家還發現了一個質量高達太陽60億倍的超大質量黑洞,它正在大量吞噬物質,釋放出強烈的電磁輻射。BRI 1335-0417的總質量大致相當於銀河系的質量,對於一個存在於年輕宇宙中的星系來說,這個星系無疑是一個巨無霸。

最後值得注意的是,BRI 1335-0417星系出現在宇宙年齡只有14億年時,而目前宇宙年齡為138億年,這意味著該星系存在於124億年前。那麼,它是如何在124億年的時間裡,運動到249億光年之外呢?難道它的運動速度超過了兩倍光速?

事實上,這個星系並沒有超光速,這是宇宙空間持續膨脹的結果。在124億年前,它與銀河系的距離還沒有那麼遠。然而,由於該星系與銀河系之間的空間不斷在擴張,導致它發出的光用了多達124億年的時間才到達銀河系。

而在過去124億年裡,這個星系隨著空間膨脹,不斷遠離而去,使得兩個星系目前分開的距離達到了249億光年。它們之間的實際距離並不是124億光年,這個星系發出的光走過的距離才是124億光年。這是空間膨脹的結果,不受光速的限制,星系本身在空間中的運動速度遠遠小於光速。

 

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