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2000亿颗恒星绕着转动,银河系中心到底是什么,为何如此「亮」?

2024-07-16科学

【引言】

过去的时候,「啥都不懂」的人类觉得自己是「世界」的老大,神创造了人,人就活在世界的中心,日啊月啊星辰啊都围着咱们转。

自打人类研究起科学,好多实际的数据就把咱们过去的想法给彻底打破啦!这不但打碎了人类世世代代做的美梦,让咱们知道人是进化来的,不是神创造的,还帮咱们构建出了更庞大更神秘的宇宙框架。

咱们这下懂了,原来人类生活的地球压根不是啥「世界中心」,地球几十亿年一直围着太阳转,哪怕稍微偏点角度,或者往前、往后挪一点,地表上的生命都会受到特大的影响,要是厉害的话,还可能导致生物大灭绝呢。

实际上,就算是对人类来说已经相当大的太阳系,也只是个很平常的恒星系统。跟银河系一比,太阳简直就是汪洋里的一粒沙子,一点儿都不突出。

科学家们常年观测和研究发现,银河系的中心是个特明亮的球状,那这个「银心」究竟是啥呀?

【银心是什么】

想弄明白银心是啥,咱们得先大概了解一下银河系。当然啦,在现代社会,估计好多人都清楚银河系啥样了,现在咱们就稍微回顾回顾。

银河系就像个大大的椭圆形盘子,有四条特别显眼的主要旋臂,还挺对称的,相互间隔大概 4500 光年。除了这四条大旋臂,还有好多小一点的,经常会有分叉、合并、扭曲之类各种各样的形状。

咱们所在的太阳严格来讲不在那四大主旋臂中的任何一条上,而是处在两条主旋臂之间的猎户臂内侧,其长度大概为 20000 光年,很有可能是这两大主旋臂衍生出来的。

咱们今天要弄明白的银心,处在银河系盘状平面跟自转轴的交汇点,直径约 20000 光年,厚度差不多 10000 光年,在银道面上比较突出。

同时呢,银心也能说是银河系的中心那块儿,在人马座的方向。太阳跟银心大概相距 32616 光年,运行方向跟银河大概偏离了 86°,公转轨道差不多是偏椭圆的,还会被周围像质量不均匀之类的因素影响。

科学家观测发现,太阳绕银心公转一圈得花 2.25 亿年到 2.5 亿年,轨道速度是每秒 217 千米。就太阳现在的岁数,它已经围着银心转了 20 到 25 回了。

过去呀,人类要观测银心可难了,为啥呢?因为银心跟太阳系之间有好多尘埃,把人类看向银心的视线全给挡住了。

凭借后来更先进的设备,咱们能够看到在距离银心 13046.4 光年之处存在一条氢流膨胀臂,这是每秒能以 53 千米速度从银心向外扩张的旋臂,大概包含 1000 万个太阳质量的中性氢,其膨胀方向恰好是太阳系。

就因为有这些物质挡着,早些年人类用光学望远镜很难瞧见银心,后来发明了射电望远镜和红外观测技术,这才让我们看清了银心啥样。

科学家们观测发现,银心存在一个强射电源,叫人马座 A*。2002 年他们宣称人马座 A*是个大质量致密体,质量约为太阳的 240 万到 280 万倍,后来又改成太阳的 431 ± 38 万倍或者 410 ± 60 万倍。

这么巨大又集中的质量,很可能是因为有超大质量的黑洞,还有刚提到的银心一直往外喷砂的物质,这极有可能是黑洞造成的,所以能断定,银河系中心肯定有巨型黑洞。

要是银河里头真有黑洞的话,那就会有另一个问题冒出来——为啥银心会那么「亮」?

【为什么银心如此「亮」?】

咱得明白,在咱们的认识里,黑洞这种天体系统,光线都跑不出来。要是银心有个巨型黑洞,那它会把周围所有天体都拽过去吞掉,连附近的光线也不放过,直到啥都没了。

但让科学家们没想到的是,随着观测持续深入,他们竟然在银心发现了几十颗光线特别亮的巨大恒星,体积大概是太阳的 30 至 50 倍,亮度比太阳还高 100 倍呢。

科学家们根据黑洞附近的那些恒星判断,在黑洞一定范围外,围着它旋转的气态物质可能会变成恒星。

过去,科学家一直观测银河系中心的各种天体,研究它们的活动规律和情况。通过追踪一颗叫 S2 的恒星,科学家确认了 S2 周围确实存在一个巨大的黑洞。

S2 的质量比咱们这儿的太阳多了 7 倍呢,还一直以每秒 5000 千米的速度公转,你想想,地球每秒才 236 千米罢了。

科学家们觉得,S2 能以 15.2 年一个周期这么快的速度公转,就是因为它害怕被旁边的黑洞给「吞了」,于是就加快速度,去对抗黑洞的引力。

经过研究和计算,这个巨型黑洞的质量差不多是太阳的 430 万倍。

同时呢,科学家们发现,在银心中心 3.26 光年的空间里有好多恒星,多达 4200 万颗,密度特别高,一立方光年的空间就有 28.9 万颗恒星,这里是银河系密度最大的地儿,比咱们所在的太阳系周围的密度高了 7200 万倍。

正是由于这些恒星密度特别高,集中起来的亮度就很强。要是咱们跟银心中间没有那些星际尘埃挡着,可能就能清晰地看到来自遥远银心的好几千万颗恒星发出的光,说不定比月亮还亮呢。

科学家们曾利用放在近地轨道的哈勃望远镜里的天文设备,拍下了银心的照片,把银河系中心最真实清晰的样子呈现给了大家。

咱们能瞧出来,银心分布着特别多的大质量恒星群,这么多恒星凑一块儿,弄出了一片特别亮堂的景象,压根儿瞧不见黑乎乎的宇宙背景。

科学家们觉得,银河系中心的黑洞会不停吞食核心区域的恒星,在吞食的时候还会因分解释放出巨大能量,让银心变得更亮,看起来越来越耀眼。

【为什么银心能牵制住银河系?】

之前咱们就讲过,银河系中心那个黑洞的质量差不多相当于 430 万个太阳的质量总和。通常来讲,天体质量越大,其引力也就越强。

不过呢,银河系里的恒星系统多达 1000 亿到 4000 亿颗,就算取个中间数,假如银河系就只有 2000 亿颗恒星,那整个银河系的重量也能有 1 万亿个太阳那么重。

相比之下,银心中的黑洞只占银河系的大概 0.0005%,却能把控住规模这么巨大的银河系恒星群,到底是咋回事呢?

或许好多人都不明白为啥会有这样的疑问,拿太阳系来说,咱们头上的太阳,它的质量占到了整个太阳系的 99.86%,正因如此,才能把系里大大小小的天体吸引住,让它们老老实实待在一定距离内,不会转着转着就跑了。

银心为啥能用这么少的质量牵制住银河系呢?带着这个疑问,科学家研究后觉得,可能聚集在银心的恒星也发挥了些作用,是银心的黑洞以及中心还有附近的恒星相互叠加产生的效果。

换个说法,黑洞吸引中心区域的恒星,这些恒星再把周围高密度的恒星给束缚住,然后后面这些恒星的引力又去牵制更远的恒星,这么一层一层累加,就让银河系的框架越来越大,慢慢变成了现在这样。

不过科学家经过计算发现,就算把黑洞以及周边层层的恒星都算上,这种办法虽说有一定作用,可银河系太大啦,这点引力根本管不住银河系的恒星,让它们听话。

也许内侧的恒星会被束缚住,但外侧的恒星肯定不会受到很强的引力作用,它们随时都能挣脱开,跑向远处。

后来啊,科学家觉得可能是银河系里存在的暗物质在起作用。暗物质在宇宙里特别多,人类没法直接看到它,但能通过间接的办法估算出来。这些暗物质也许就是维系银河系整体框架结构的关键,正因为有它们,银河系才能靠着只占 0.0005%的银心黑洞重量,把整个银河系「打理」好,不至于散掉。

据估算,银河系里暗物质的质量大概得超过太阳质量的 8000 亿倍。可由于人类科技水平有限,当下根本没法直接观测到这些既神秘又重要的暗物质。

【结论】

人类科技发展的时间其实不长,过去咱们一直受着封建主制度还有宗教势力的压制和束缚,根本没法发展科技,这就让社会长期处于停滞状态。

打从 18 世纪工业革命开始,一直到 21 世纪,也就区区 300 年罢了。可咱们对宇宙的探索时间更短,宇宙大得超乎人类的想象,就靠这短短几百年的科技去钻研已经存在了 138.2 亿年的宇宙,这肯定是难上加难的事儿。

当然,有难度可不意味着人类做不到,往后科技大力发展,咱们相信人类能把所有的不可能变成可能。