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  有多少个星系?作者:Elizabeth Howell,Space.com贡献者

   2018年3月19日美国东部时间晚上10:21 0 0 更多有多少个星系?这张照片名为eXtreme Deep Field,即XDF,这张照片是由原始哈勃超深空中心拍摄的10年NASA哈勃太空望远镜拍摄的。XDF是满月角直径的一小部分。图片发布于2012年9月25日。图片来源:NASA,ESA,G。Illingworth,D。Magee和P. Oesch(加州大学圣克鲁兹分校),R。Bouwens(莱顿大学)和HUDF09团队星系 - 那些遍布我们宇宙的巨大恒星系列 - 到处都是。但宇宙中有多少个星系?计算它们似乎是一项不可能完成的任务。纯粹的数字是一个问题 - 一旦计数达到数十亿,需要一段时间才能完成添加。另一个问题是我们的仪器有限。为了获得最佳视野,望远镜需要有一个大孔径(主镜或镜头的直径)并位于大气层上方,以避免地球空气的变形。也许这个事实最令人振奋的例子是哈勃极光深场(XDF),这是一张结合了哈勃太空望远镜10年照片制作的图像。根据美国国家航空航天局的说法,望远镜在重复访问中观看了一小片天空,共计50天。如果你用拇指按住手臂的长度来覆盖月球,那么XDF区域大约是针头的大小。通过在数小时的观察中收集微弱的光线,XDF揭示了数千个星系,无论是在附近还是非常遥远的星系,使它成为当时有史以来最深刻的宇宙形象。因此,如果那个单个小点包含数千个,那么想象在其他地方可以找到多少个星系。虽然不同专家的估计有所不同,但可接受的范围是1000亿到2000亿个星系,马里奥利维奥说,他是马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天体物理学家。当詹姆斯韦伯太空望远镜于2020年发射时,天文台预计将揭示更多有关宇宙中早期星系的信息。 广告深入了解就Livio所知,Hubble是可用于星系计数和估算的最佳仪器。该望远镜于1990年发射,最初在其主镜上发生扭曲,在1993年的一次航天飞机访问中得到纠正。哈勃也经历了几次升级和服务访问,直到2009年5月在那里进行最后的航天飞机任务。 1995年,天文学家将望远镜指向似乎是大熊座空地区的地方,并收集了10天的观测资料。结果估计在一个帧中有3000个暗淡的星系,变暗如30度。(相比之下,北极星或北极星大约是2级。)这个图像合成被称为哈勃深场,是当时任何人都看到宇宙中最远的。[ 相关:最亮的星星:亮度和亮度 ] 随着哈勃望远镜升级其仪器,天文学家重复了两次实验。在2003年和2004年,科学家创造了哈勃超深空场,在一百万秒的曝光中,在福纳克斯星座的一个小地点发现了大约10,000个星系。 2012年,科学家再次使用升级仪器,使用望远镜观察超深场的一部分。即使在这个狭窄的视野中,天文学家也能够探测到大约5500个星系。研究人员将其称为极端深场。总而言之,哈勃在宇宙中估计有大约1000亿个星系,但随着太空望远镜技术的改进,这个数字可能会增加到大约2000亿个,Livio告诉Space.com。数星星无论使用何种仪器,估算星系数量的方法都是相同的。你拍摄望远镜拍摄的天空部分(在这种情况下,哈勃)。然后 - 使用天空的长度与整个宇宙的比例 - 您可以确定宇宙中星系的数量。 “这假设没有大的宇宙方差,宇宙是同质的,”利维奥说。“我们有充分的理由怀疑是这种情况。这就是宇宙学原理。” 该原则可以追溯到爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦说重力是空间和时间的扭曲。有了这种理解,一些科学家(包括爱因斯坦)试图了解引力如何影响整个宇宙。 “最简单的假设是,如果你看到宇宙的内容具有足够差的视力,它在各个方向和各个方向看起来大致相同,” NASA说。“也就是说,宇宙中的物质在非常大的尺度上平均时是均匀的和各向同性的。这被称为宇宙学原理。” 工作中的宇宙学原理的一个例子是宇宙微波背景,即大爆炸后宇宙早期残余的辐射。使用美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器等仪器,天文学家发现无论在哪里看,CMB几乎都是相同的。星系的数量会随着时间而变化吗?宇宙扩张的测量 - 通过观察远离我们的星系比赛 - 表明它大约有138.2亿年。然而,随着宇宙变得越来越大,星系将越来越远离地球。这将使它们在望远镜中更难以看到。宇宙的膨胀速度超过光速(这不会违反爱因斯坦的速度限制,因为膨胀是宇宙本身,而不是穿越宇宙的物体)。此外,宇宙正在加速扩张。这就是“可观察宇宙”的概念 - 我们可以看到的宇宙 - 发挥作用。Livio说,在1万亿到2万亿年之内,这意味着将会有超出我们从地球上看到的星系。 “我们只能看到光线有足够时间到达我们的星系的光线,”利维奥说。“这并不意味着宇宙中存在这一切。因此,可观察宇宙的定义。” 星系也随着时间的推移而变化。银河系与附近的仙女座星系相撞,两者将合并约40亿年。后来,我们的本地组中的其他星系 - 离我们最近的星系 - 最终将结合起来。利维奥说,未来银河系的居民将有更深的宇宙观察。他说:“当时开始的文明,他们没有证据表明存在着1000亿个星系的宇宙。” “他们不会看到扩张。他们可能无法分辨出大爆炸。” 其他宇宙怎么样?随着早期宇宙膨胀,有一些理论认为不同的“口袋”脱离并形成不同的宇宙。这些不同的地方可能以不同的速度扩张,包括其他类型的物质,并且具有与我们自己的宇宙不同的物理定律。利维奥指出,在这些其他宇宙中可能存在星系 - 如果它们存在的话 - 但我们现在无法确定。因此,在考虑其他宇宙时,星系的数量甚至可能超过2000亿。 Livio说,在我们自己的宇宙中,天文学家将能够更好地改进詹姆斯韦伯太空望远镜(他的研究所将负责管理任务操作和科学)的数量。哈勃能够观察大爆炸后大约4.5亿年后形成的星系。在詹姆斯韦伯于2020年推出后,天文学家预计他们可以追溯到大爆炸后的2亿年前。 “这些数字不会发生太大变化,”利维奥补充道,并指出第一个星系可能在此之前形成的时间不长。“所以像2000亿[星系]这样的数字可能是我们可观察到的宇宙。” 韦伯的贡献虽然计算宇宙中星系的数量很有意思,但天文学家对星系如何揭示宇宙的形成方式更感兴趣。根据美国国家航空航天局(NASA)的说法,星系代表了宇宙中物质的组织方式 - 至少是大规模的。(科学家们也对粒子类型和量子力学感兴趣,在光谱的一小部分。)因为韦伯可以回顾宇宙的早期,它的信息将帮助科学家更好地理解我们周围星系的结构。 “通过研究一些最早的星系并将它们与今天的星系进行比较,我们可以了解它们的生长和演化。韦伯也将允许科学家收集有关这些早期星系中存在的恒星类型的数据,”美国宇航局称的韦伯的使命。“使用数百或数千个星系的光谱进行后续观测,将有助于研究人员了解如何形成比氢更重的元素,并随着星系的形成而逐渐形成。这些研究还将揭示合并星系的细节,并阐明这一过程星系形成本身。“ 根据美国国家航空航天局的说法,以下是韦伯将回答有关星系的一些关键问题:星系是如何形成的?是什么赋予了他们的形状?化学元素如何通过星系分布?星系的中心黑洞如何影响它们的宿主星系?小型和大型星系碰撞或连接在一起会发生什么?科学家们也对暗物质在星系组装中的作用感兴趣。虽然某些宇宙在诸如星系或恒星等形态中是可见的,但暗物质构成宇宙的大部分 - 大约80%。虽然暗物质在光的波长或能量的发射中是不可见的,但对可追溯到20世纪50年代的星系的研究表明,它们中存在的物质远远多于用肉眼可见的物质。 “科学家们为了解星系形成所做的计算机模型表明,当暗物质融合并聚集在一起时,星系就会产生,”美国宇航局说。“它[暗物质]可以被认为是宇宙的脚手架。我们看到的可见物质以恒星和星系的形式聚集在这个脚手架内。暗物质”聚集在一起的方式是先形成小物体,并且被拉到一起形成更大的。“ 韦伯强大的镜子将使科学家能够近距离观察星系的形成 - 包括暗物质的作用。虽然这项研究并没有直接回答宇宙中有多少个星系,但它确实有助于科学家们更好地了解我们所看到的星系背后的过程,这反过来又可以更好地通知有关星系群的模型。

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