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2000億顆恒星繞著轉動,銀河系中心到底是什麽,為何如此「亮」?

2024-07-16科學

【引言】

過去的時候,「啥都不懂」的人類覺得自己是「世界」的老大,神創造了人,人就活在世界的中心,日啊月啊星辰啊都圍著咱們轉。

自打人類研究起科學,好多實際的數據就把咱們過去的想法給徹底打破啦!這不但打碎了人類世世代代做的美夢,讓咱們知道人是前進演化來的,不是神創造的,還幫咱們構建出了更龐大更神秘的宇宙框架。

咱們這下懂了,原來人類生活的地球壓根不是啥「世界中心」,地球幾十億年一直圍著太陽轉,哪怕稍微偏點角度,或者往前、往後挪一點,地表上的生命都會受到特大的影響,要是厲害的話,還可能導致生物大滅絕呢。

實際上,就算是對人類來說已經相當大的太陽系,也只是個很平常的恒星系統。跟銀河系一比,太陽簡直就是汪洋裏的一粒沙子,一點兒都不突出。

科學家們常年觀測和研究發現,銀河系的中心是個特明亮的球狀,那這個「銀心」究竟是啥呀?

【銀心是什麽】

想弄明白銀心是啥,咱們得先大概了解一下銀河系。當然啦,在現代社會,估計好多人都清楚銀河系啥樣了,現在咱們就稍微回顧回顧。

銀河系就像個大大的橢圓形盤子,有四條特別顯眼的主要旋臂,還挺對稱的,相互間隔大概 4500 光年。除了這四條大旋臂,還有好多小一點的,經常會有分叉、合並、扭曲之類各種各樣的形狀。

咱們所在的太陽嚴格來講不在那四大主旋臂中的任何一條上,而是處在兩條主旋臂之間的獵戶臂內側,其長度大概為 20000 光年,很有可能是這兩大主旋臂衍生出來的。

咱們今天要弄明白的銀心,處在銀河系盤狀平面跟自轉軸的交匯點,直徑約 20000 光年,厚度差不多 10000 光年,在銀道面上比較突出。

同時呢,銀心也能說是銀河系的中心那塊兒,在人馬座的方向。太陽跟銀心大概相距 32616 光年,執行方向跟銀河大概偏離了 86°,公轉軌域差不多是偏橢圓的,還會被周圍像品質不均勻之類的因素影響。

科學家觀測發現,太陽繞銀心公轉一圈得花 2.25 億年到 2.5 億年,軌域速度是每秒 217 千米。就太陽現在的歲數,它已經圍著銀心轉了 20 到 25 回了。

過去呀,人類要觀測銀心可難了,為啥呢?因為銀心跟太陽系之間有好多塵埃,把人類看向銀心的視線全給擋住了。

憑借後來更先進的裝置,咱們能夠看到在距離銀心 13046.4 光年之處存在一條氫流膨脹臂,這是每秒能以 53 千米速度從銀心向外擴張的旋臂,大概包含 1000 萬個太陽品質的中性氫,其膨脹方向恰好是太陽系。

就因為有這些物質擋著,早些年人類用光學望遠鏡很難瞧見銀心,後來發明了射電望遠鏡和紅外觀測技術,這才讓我們看清了銀心啥樣。

科學家們觀測發現,銀心存在一個強射電源,叫人馬座 A*。2002 年他們宣稱人馬座 A*是個大品質致密體,品質約為太陽的 240 萬到 280 萬倍,後來又改成太陽的 431 ± 38 萬倍或者 410 ± 60 萬倍。

這麽巨大又集中的品質,很可能是因為有超大品質的黑洞,還有剛提到的銀心一直往外噴砂的物質,這極有可能是黑洞造成的,所以能斷定,銀河系中心肯定有巨型黑洞。

要是銀河裏頭真有黑洞的話,那就會有另一個問題冒出來——為啥銀心會那麽「亮」?

【為什麽銀心如此「亮」?】

咱得明白,在咱們的認識裏,黑洞這種天體系統,光線都跑不出來。要是銀心有個巨型黑洞,那它會把周圍所有天體都拽過去吞掉,連附近的光線也不放過,直到啥都沒了。

但讓科學家們沒想到的是,隨著觀測持續深入,他們竟然在銀心發現了幾十顆光線特別亮的巨大恒星,體積大概是太陽的 30 至 50 倍,亮度比太陽還高 100 倍呢。

科學家們根據黑洞附近的那些恒星判斷,在黑洞一定範圍外,圍著它旋轉的氣態物質可能會變成恒星。

過去,科學家一直觀測銀河系中心的各種天體,研究它們的活動規律和情況。透過追蹤一顆叫 S2 的恒星,科學家確認了 S2 周圍確實存在一個巨大的黑洞。

S2 的品質比咱們這兒的太陽多了 7 倍呢,還一直以每秒 5000 千米的速度公轉,你想想,地球每秒才 236 千米罷了。

科學家們覺得,S2 能以 15.2 年一個周期這麽快的速度公轉,就是因為它害怕被旁邊的黑洞給「吞了」,於是就加快速度,去對抗黑洞的重力。

經過研究和計算,這個巨型黑洞的品質差不多是太陽的 430 萬倍。

同時呢,科學家們發現,在銀心中心 3.26 光年的空間裏有好多恒星,多達 4200 萬顆,密度特別高,一立方光年的空間就有 28.9 萬顆恒星,這裏是銀河系密度最大的地兒,比咱們所在的太陽系周圍的密度高了 7200 萬倍。

正是由於這些恒星密度特別高,集中起來的亮度就很強。要是咱們跟銀心中間沒有那些星際塵埃擋著,可能就能清晰地看到來自遙遠銀心的好幾千萬顆恒星發出的光,說不定比月亮還亮呢。

科學家們曾利用放在近地軌域的哈柏望遠鏡裏的天文裝置,拍下了銀心的照片,把銀河系中心最真實清晰的樣子呈現給了大家。

咱們能瞧出來,銀心分布著特別多的大品質恒星群,這麽多恒星湊一塊兒,弄出了一片特別亮堂的景象,壓根兒瞧不見黑乎乎的宇宙背景。

科學家們覺得,銀河系中心的黑洞會不停吞食核心區域的恒星,在吞食的時候還會因分解釋放出巨大能量,讓銀心變得更亮,看起來越來越耀眼。

【為什麽銀心能牽制住銀河系?】

之前咱們就講過,銀河系中心那個黑洞的品質差不多相當於 430 萬個太陽的品質總和。通常來講,天體品質越大,其重力也就越強。

不過呢,銀河系裏的恒星系統多達 1000 億到 4000 億顆,就算取個中間數,假如銀河系就只有 2000 億顆恒星,那整個銀河系的重量也能有 1 萬億個太陽那麽重。

相比之下,銀心中的黑洞只占銀河系的大概 0.0005%,卻能把控住規模這麽巨大的銀河系恒星群,到底是咋回事呢?

或許好多人都不明白為啥會有這樣的疑問,拿太陽系來說,咱們頭上的太陽,它的品質占到了整個太陽系的 99.86%,正因如此,才能把系裏大大小小的天體吸引住,讓它們老老實實待在一定距離內,不會轉著轉著就跑了。

銀心為啥能用這麽少的品質牽制住銀河系呢?帶著這個疑問,科學家研究後覺得,可能聚集在銀心的恒星也發揮了些作用,是銀心的黑洞以及中心還有附近的恒星相互疊加產生的效果。

換個說法,黑洞吸引中心區域的恒星,這些恒星再把周圍高密度的恒星給束縛住,然後後面這些恒星的重力又去牽制更遠的恒星,這麽一層一層累加,就讓銀河系的框架越來越大,慢慢變成了現在這樣。

不過科學家經過計算發現,就算把黑洞以及周邊層層的恒星都算上,這種辦法雖說有一定作用,可銀河系太大啦,這點重力根本管不住銀河系的恒星,讓它們聽話。

也許內側的恒星會被束縛住,但外側的恒星肯定不會受到很強的重力作用,它們隨時都能掙脫開,跑向遠處。

後來啊,科學家覺得可能是銀河系裏存在的暗物質在起作用。暗物質在宇宙裏特別多,人類沒法直接看到它,但能透過間接的辦法估算出來。這些暗物質也許就是維系銀河系整體框架結構的關鍵,正因為有它們,銀河系才能靠著只占 0.0005%的銀心黑洞重量,把整個銀河系「打理」好,不至於散掉。

據估算,銀河系裏暗物質的品質大概得超過太陽品質的 8000 億倍。可由於人類科技水平有限,當下根本沒法直接觀測到這些既神秘又重要的暗物質。

【結論】

人類科技發展的時間其實不長,過去咱們一直受著封建主制度還有宗教勢力的壓制和束縛,根本沒法發展科技,這就讓社會長期處於停滯狀態。

打從 18 世紀工業革命開始,一直到 21 世紀,也就區區 300 年罷了。可咱們對宇宙的探索時間更短,宇宙大得超乎人類的想象,就靠這短短幾百年的科技去鉆研已經存在了 138.2 億年的宇宙,這肯定是難上加難的事兒。

當然,有難度可不意味著人類做不到,往後科技大力發展,咱們相信人類能把所有的不可能變成可能。