爱读书 探索 来来来!你不是要星辰大海吗,先看看挡在你面前的宇宙长城!

来来来!你不是要星辰大海吗,先看看挡在你面前的宇宙长城!

​在我们的宇宙中有一种超大尺度结构叫“宇宙长城”,神秘论和阴谋论说:我们所在的宇宙只是高等智慧文明模拟出的世界,这“宇宙长城”就是边界,穿过这里就能打破真相。

真的是这样的吗?在科学上这个“宇宙长城”到底有什么特殊之处?今天就让我们一起来揭开其神秘的面纱!

别着急,既然它是最大的,那我们就从小的开始捋起,顺便看看我们的太阳系在宇宙当中到底处在什么位置。

直接点,先来个比大小吧:

恒星系统<星 系<星 系 群<星 系 团<超 星 系 团

拿我们自己对号入座的话就是:

太 阳 系<银河系<本星系群<室女座星系团<拉尼亚凯亚超星系团

一个比一个大,简单明了对吧?

恒星系统太阳系这么熟就不说了,直接下一个:

1、星系(Galaxy):由恒星、恒星残留物、星际气体、尘埃和暗物质组成的引力束缚系统。通俗点讲就是恒星的集合体,通常的直径3000到30万光年不等。

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这幅银河系的全景拍摄于智利北部的帕拉纳尔天文台,正前方明亮的物体是木星,左边是麦哲伦星云

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来自NASA官网的银河系艺术加工图,我们的太阳位于银河系的猎户座旋臂,这个旋臂较小,夹在英仙座旋臂和盾牌半人马座旋臂这两个大旋臂之间,距银河系核心约2.7万光年。

我们的银河系是一个典型的螺旋星系,大约有1000-4000亿颗恒星,直径大约15-20万光年。

这星系看着就够大的了,用光年来作为计量单位都嫌小了,所以天文学家们又弄了个更大的距离计量单位:秒差距(以下简称秒)。

2、星系群(Galaxy group):通俗点讲就是星系的最小集合体,通常有50个左右的星系组成,星系群的直径通常在1~2兆秒(一兆秒等于327万光年)。

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银河系所在的本星系群有54个星系,直径约三兆秒,980万光年。

3、星系团(Galaxy cluster):比星系群大,通常含有100到1000个星系,直径2-10兆秒(654-3270万光年)到。如此之大的结构,仅靠可见物质的引力是无法将其束缚在一起的,因此暗物质占了90%。

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上图是我们银河系本星系群所处的室女座星系团,直径16.5兆秒(5396万光年),大约包含1300个星系。

4、超星系团(Supercluster):由若干个星系群、星系团组成,直径从几亿光年到100亿光年之间不等。

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我们银河系所处的室女超星系团(注意加了一个“超”),包含47,000个星系,直径33兆秒(11亿光年)。

再后来,科学家们发现室女超星系团也不是单独存在的,而是包含在一个更大的超星系团–“拉尼亚凯亚”超星系团里的,直径约在159兆秒(5.2亿光年)

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科学家们用计算机模拟的“拉尼亚凯亚”超星系团(摘自《自然》(Nature)杂志视频的静止图像),其中银河系的位置显示为红点

也许你会问,这么多星系在一起,这么大的尺度,凭啥你就说他们是在一起的呢?天文学家判定的依据仍然是:他们有着共同的引力中心,“拉尼亚凯亚”超星系团的引力中心被称为“巨引源”

但在这个大尺度下,暗能量会占据主导地位,天文学家们预计,“拉尼亚凯亚”超星系团最终会被暗能量撕裂。

伟大的终结

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室女超星系团的团块状结构

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Romanesco西兰花具有分形结构。

是否注意到了我们的宇宙在一定尺度上是具有分型结构的,就像一个俄罗斯套娃一样,从我们的太阳系开始,就呈现出一种团块状的结构,把太阳系所在的银河系也是如此,再往后是室女超星系团,这种套娃一样的结构会一直延续到整个宇宙吗?

答案是否定的,

根据天文学家的观测和推算,再往大了跑,到达100-200兆秒(约3.27-6.54亿光年)以上的尺度,这种类似分型和套娃的结构就慢慢消失了,宇宙呈现出了一种均匀化和各向同性,这种现象被称为“伟大的终结”(End of Greatness)

关于神秘的宇宙长城

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超星系团也有大小,而那些超大尺度的超星系团有的就被称为“宇宙长城”,它与”超星系团复合体”、“宇宙薄片”一同被归类为“宇宙纤维”。

1

最大个的!

武仙-北冕座长城(Hercules-Corona Borealis Great Wall)是目前可观测宇宙中已知的最大结构,包含数十亿个星系,长度约为100亿光年,宽度约72亿光年。

如此大尺度的结构是如何发现的呢?答案就是伽马射线暴,这是宇宙当中最亮的光源,通常是由大质量恒星走向生命终结时爆炸产生的,也称超新星爆发,而这种光源可以作为研究大尺度空间结构的示踪剂。2013年,来自美国和匈牙利的伊斯特·霍瓦斯(Istvan Horvath)等三位天文学家,通过分析记录的186个伽马射线暴样本集中度而确定的。

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如此之大,以至于实在找不到一个好看准确的图片!(也本就不该有合理的艺术图片的,实在是太大了),上图是对伽马射线暴的观测结果。

有趣的是,这帮天文学家挺谨慎的,没有给他命名,武仙-北冕座长城这个名字还是一位菲律宾人在维基网站上命名的,后来也就这样定下来了,一直被媒体沿用至今。其实这个长城只是与武仙座和北冕座接壤,但比他们俩都大的大的大的多。所以对于这个名字,天文学家们当然是不满意的,他们在后来的论文里更愿意称它为“大伽马射线暴长城”(The Great GRB Wall )。

而且,这个“大伽马射线暴长城”也不是像它名字所表达的那样长长的,而是圆圆的,类似于星系团的结构。

2

神秘在哪?特殊在哪呢?

宇宙长城本质是就是一种超大尺度的超星系团,它与复合超星系团、星系薄片被共同归类为星系纤维,而在他们之间的空隙被称为空虚(void)。

但它们与几光年尺度的超星系团主要的不同在于:像武仙-北冕座长城这样的超大尺度结构违背了宇宙暴涨理论所预测的最大结构,该理论预测宇宙的大尺度结构极限为12亿光年,同时也是对之前“伟大的终结”观测推论的一次彻底终结。

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同时更加令人困惑的是,根据目前的理论,宇宙的年龄约138亿年,但这一巨型结构距离我们大约在161.74光年(根据红移量,也就是说光到达地球行进了100亿年),而这说明它是在宇宙诞生之后38亿年形成的,但当前的宇宙演化模型不允许这么短的时间内形成这样的结构,这一矛盾意味着:要么是观测还有待进一步修正,要么我们的宇宙比我们想象的还要古老。目前对于此事还无定论。

但不管怎么样,你现在终于有了一个基本的导航图了!星辰大海,我们来了!

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以我们自己为中心,5亿光年以内的宇宙地图,这下不会迷路了吧?

one more thing!

排名第二的长城叫“巨型伽马射线暴环”(Giant GRB Ring),距离地球91亿光年,直径56亿光年。

参考:维基及相关引用

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