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宇宙最大結構,長度超100億光年!銀河系和它比起來連小弟都不算

2024-04-24科學

關於宇宙是否有邊界的問題,長久以來都備受爭議。但在2018年,似乎有了明確的答案。那麽,你認為宇宙真的有邊界嗎?

曾有訊息盛傳:在宇宙遙遠的邊際,發現了一道綿長35億光年的「巨墻」,翻越此墻,便是宇宙的盡頭。

這條訊息其實是對科學研究的誤解。那道墻並不是宇宙內外的邊界,而是宇宙內部更大的天體結構。

確實如此,你並未誤解。這個結構的長度之巨大,已經達到以億光年為單位的尺度,然而,令人驚訝的是,它並不是目前已知的最大結構。

【用秒差距代替光年描述的最大天體】

光年,這一單位在天文學中廣為人知,被視為極大的長度單位。然而,當我們進一步探索宇宙的遼闊,當需要在數碼後面增加更多零時,秒差距便超越了光年的概念,成為了新的尺度單位。

盡管秒差距相對於光年所描述的距離更遠,但這一單位通常僅在天文學家的日常工作中使用,目的是為了簡化計算和表述,減少數值的大小。

自2013年起,秒差距的套用愈發符合實際需求,其在宇宙深處探測更大天體結構時發揮著不可或缺的作用。

去年11月,天文學家運用衛星和射電望遠鏡在宇宙深處探尋,觀測到了多次Gamma射線暴。隨著對爆發位置的描繪,他們獲得了驚人的發現。

在Gamma射線暴的範圍內,存在著一個巨大的構造,這個構造由無數個星系構成,形成了一個龐大無比的天體結構。這個結構超乎我們的想象,共同塑造了這一壯觀的景象。

可觀測宇宙的規模龐大無比,其一端的最大距離竟超過100億光年。即使轉換為秒差距,也有高達30億秒差距的驚人長度。盡管另一端的距離相對較短,但依然達到了72億光年,相當於22億秒差距。

武仙-北冕座長城是後來給這個巨大結構所取的名字,這個名字源於武仙座和北冕座,因為該天體在投影時的位置恰好落在這兩個星座的區域內。

談及長城,字面上它指的是城墻,但在宇宙天體的語境中,它則象征著一種宏大的天體結構,宛如綿延的城墻。這種被稱為「長城」的天體構造,其規模遠超公眾所熟知的「超星系團」、「星系團」乃至「星系群」。它代表著宇宙中更為遼闊和壯觀的構造,展現了宇宙無盡的奧秘與浩渺。

【大尺度結構】

上世紀80年代,約翰·修茲勞和瑪格利特·蓋勒首次提出了天文學上的「長城」概念,即大尺度結構或大尺度構造。這一觀點為天文學研究提供了新的視角。

這龐大的天體構造,源自於無數像銀河系一樣的星系共同構建。如果將宇宙比作絲瓜,那麽絲瓜內部的網狀結構就如同宇宙中的大尺度結構,相互交織,構成了一個宏大的網絡。

此外,這種網狀結構是三維立體的,並非簡單的平面形態,其結構不規則,至少在目前人類可觀測的範圍內如此。因此,這種大尺度結構又被稱為大尺度纖維狀結構。

早期的天文學家曾普遍假設宇宙中的所有物質是均勻散布的。但自上世紀80年代起,研究逐漸揭示出宇宙內部的分布並不均衡。例如,星系等物質的分布並不均勻,有的區域物質密集,而有的區域則相對稀疏。

重力的作用下,物質聚合的地方重力強,不斷吸納周圍物質,密度隨之增高。

簡言之,某些區域因原始重力較弱,未能促成物質的有效集結,從而在宇宙中形成了無物質的空洞。

這些物質以絲瓜瓤般的網狀結構聚合在一起,而空洞的區域則如同真空,毫無物質存在。這種獨特的結構使得物質間相互連線,形成了一個錯綜復雜的網絡,而空洞則成為了這個網絡中的空白地帶。這種布局使得整個結構既堅固又輕盈,展現出獨特的物理特性。

在看似空曠的地球周圍,實際上我們身處於復雜的宇宙結構中。太陽系作為地球所在的星系,再上一級則是包含太陽系的銀河系,它們共同構成了宇宙的網狀結構。然而,我們人類在這個龐大的宇宙中如同微塵,難以確定自己的具體位置。

有人或許會疑惑,為何稱之為網狀結構,似乎應緊密相連。然而,行星與行星之間,恒星系及更廣闊星系間的距離遼闊而稀疏。實際上,這種網狀結構指的是它們之間的潛在聯系和相互影響,而非物理上的緊密相連。

我們之所以覺得空間空曠,是因為從微觀角度看,星體間的距離似乎遙不可及。然而,從更宏大的宇宙尺度觀察,星系的存在與否卻變得一目了然。這種差異突顯了微觀與宏觀視角下的不同感受。

一個典型的例子是我們在晴朗的夜空中觀察到的銀河,它看似一條綿長的直線。但實際上,這條線是由無數個恒星系組成的,這些恒星系彼此之間的距離都非常遙遠。

所以,從宏觀的角度看,感知的廣度決定了視野的整體景象。就如同站在高樓之巔俯瞰,或是乘坐飛機俯瞰地面,這兩種情況下視野的廣度是不同的。

若置身外太空,地球全貌盡收眼底;若視野如銀河系般遼闊,太陽系及其恒星系皆清晰可見;而若擁有宇宙般宏大的視野,則可見超星系團與星系團交織成網狀結構的壯麗景象。

顯而易見,人類的視野有限,因此無法窺見宇宙的全貌,只能窺見其一隅。然而,當我們從宏觀轉向微觀,觀察物質的構造時,會發現其與宇宙的結構似乎有著異曲同工之妙。

當我們用肉眼觀察一片樹葉時,我們能看到的是它的葉脈和葉片本身。然而,如果我們使用放大器材進一步觀察,我們會發現這些看似連續的線狀和片狀結構實際上是由無數個微小的細胞構成的。更令人驚訝的是,這些細胞並不是緊密排列的,它們之間還存在著一些空洞區域。

由此可知,透過類比推理,我們可以得出大尺度結構是宇宙在人類視野下所呈現的更宏觀的形態。

【構成「長城」的星系和星球】

天文學家們常用長城來形容大尺度結構,這不過是一種形象的類比和戲稱。1989年,他們發現了一個巨型結構,盡管它的規模沒有2013年發現的武仙-北冕座長城那麽大,但其長度仍達到了驚人的7.6億光年,寬度也超過了2億光年。這一發現再次證明了宇宙中存在著巨大的結構,它們的規模和復雜性超出了我們的想象。

墻體的厚度達到了驚人的1500萬光年,這是何等的概念?想象一下,如果將13億條長城相連,它們的總長度才僅僅為1光年。這堵墻的厚度與之相比,無疑是一個天文數碼。

從遠處觀察,它確實如一道綿長的城墻。在最初發現時,天文學家們曾懷疑這一巨型結構是否能承受得住重力的壓迫。然而,透過後續的模擬計算,他們驚訝地發現,它仍然處於理論允許的範圍之內。

那時的天文學家尚未意識到,長城的發現為人類揭示了一個更廣闊的宇宙視野。1991年,天文學家們再次重新整理了認知,他們發現了一座更為龐大的「長城」,其長度竟高達驚人的5.8億秒差距。這一發現無疑將人類對宇宙的認識推向了新的高度。

2003年,另一個巨大的構造——史隆長城被發現,其長度達到了驚人的13.7億光年,比已知的最大構造還要長出6億光年。

在將來,人類或許將面臨更為顛覆性的認知挑戰,遭遇比現在更龐大的結構。然而,不論這些巨型結構規模如何宏大,其本質上仍然是由無數星系乃至星體所構成的。

長城般宏偉的結構,其實是由無數超星系團匯聚而成。在我們所能觀測的廣闊宇宙中,天文學家們已經記錄下了超過千萬個這樣的超星系團。

超星系團是由眾多星系團構成的,其中每個超星系團下的星系團數量各不相同,最少的可能有幾十個,而最多的則可能達到數千個。

下一級的星系團,由眾多類似銀河系的星系匯聚而成。單個星系團中,星系的數量遠超幾千,構成了龐大的宇宙結構。

當星系數量較少,僅為數十個時,它們被稱為星系群。我們的銀河系就位於這樣一個星系群內,其中大約包含50個星系。

與之相較,室女座星系團是本星系群中最大的星系團,其所包含的星系數量超過2500個。

銀河系已接近宇宙的最小結構層次,再往下便是各個恒星系。我們所在的銀河系中,恒星數量龐大,至少有2000億至3000億顆。

概括來說,行星環繞恒星旋轉,恒星則匯聚成星系,多個星系再聯結成星系群或星系團,而星系團進一步集結構成超星系團,最終,這些超星系團組合起來,形成了壯麗的宇宙長城。

這些集合的規模龐大無比,當它們被納入更大的集合時,它們的規模會不斷擴大。因此,我們可以這樣理解:恒星是構成星系的基石,而像銀河系這樣的星系,又是構建長城的基石。

在這個架構內,大似乎並無邊界,而是被層層巢狀其中。

【已知最大的星系】

從銀河系的角度觀察,它的直徑大約是10萬光年,這在人類的認知範圍內是極為龐大的。但是,如果將銀河系放在整個宇宙的尺度上進行比較,它就像是一個渺小的存在,遠非最大的星系。

經過天文學家的探索,他們發現了迄今為止已知的最大星系——阿爾庫俄紐斯。其直徑龐大無比,高達銀河系的153倍,相當於超過1653萬光年的廣闊範圍。這一發現進一步拓寬了我們對宇宙的認知邊界。

銀河系與另一星系同屬於師一級單位,但兩者在人員規模上存在顯著差異。銀河系的基本人員數量約為3000人,而後者則人員齊備,數量介於10000至15000人之間。

星系的大小主要取決於其重力累積的程度。此外,星系本身也在運動,有可能與其他星系融合,進而形成更大的星系。因此,星系大小的演變是一個動態的過程,不僅受到內部重力的影響,也受到星系間相互作用的影響。

【結語】

宇宙的結構揭示了微觀與宏觀,動態與靜態之間的緊密聯系。從宏觀到微觀,從靜到動,這種關系無處不在。

當前認知下,長城以其龐大的構造堪稱舉世無雙,且被視為一個穩固的整體。然而,隨著未來對宇宙的不斷深入了解和發現,現有的認知水平可能會再次被打破。顯然,宇宙探索永無止境,只有無盡的奧秘等待我們去揭示。

【宇宙邊界現身波江座?並非事實】科技日報訊,2018年11月29日曾有報道提及天文學家在波江座發現宇宙邊界的傳聞,但此說法過於樂觀。而據參考訊息網2022年3月7日報道,天文學家確實發現了宇宙中的最大星系,其直徑竟達銀河系的150倍,這一發現為我們揭示了宇宙的遼闊與神秘。