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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

作者:說宇宙

你覺得宇宙有邊界嗎?這個問題多年來争論不休,并在2018年的時候,似乎一度有了确切的答案。

當年有一條消息廣為流傳:遙遠的宇宙深處發現了一道“高牆”,它的長度綿延35億光年,跨過高牆也就走出了宇宙。

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(宇宙内一簇簇的超星系團)

事實上,這條消息僅僅是大衆對科學研究的誤讀。那道所謂的牆并非宇宙内外的界限,而是宇宙内尺度更大的天體結構。

是的你沒有看錯,該結構的長度以光年為機關就已經夠大了,而且還是“億”。更為關鍵的是,它還并不是迄今為止發現最大的那一個。

用秒差距代替光年描述的最大天體

一般來說,光年就是大衆所熟知的天文學領域最大的長度機關了,可如果上升到更大尺度,也就是一組數字後面又要多加幾個零的時候,光年之上就又有了秒差距。

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相對于光年,秒差距描述的距離更遠,不過通常而言,這一機關隻在天文學家們的日常工作中使用——是為了盡量降低數值,友善計算和表述用的。

2013年後,秒差距的作用有了更貼近實際的用途,宇宙的深處又發現了更大的天體結構。

當年11月,天文學家利用衛星和射電望遠鏡,在宇宙深處搜尋并觀測到了多次的伽馬射線暴。随着對爆發位置的描繪,進而有了驚人的發現。

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原來在伽馬射線暴的區域内,有一個超乎想象的巨型結構,由無數星系組成的龐大天體,共同構築起了這一巨型結構。

它有多大呢?可觀測一端最長的距離超過了100億光年。即便換算成秒差距,也達到了驚人的30億秒差距。另一端的長度相對較短,可也達到了72億光年,即22億秒差距。

之後,這一超大的結構被命名為武仙-北冕座長城。名稱的意思是,武仙座和北冕座,是因為該天體的投影位置正好處于兩者的區域。

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至于長城,既是字面“城牆”的意思,同時又是指代宇宙内,像長長的城牆那樣的天體結構。在宇宙天體的描述中,“長城”代表的天體結構,比公衆常聽說過的“超星系團”、“星系團”、“星系群”的構造還要大。

大尺度結構

天文學上,長城這一概念,是在上世紀80年代,由約翰·修茲勞和瑪格利特·蓋勒率先提出來的。這就是常說的大尺度結構,或者說是大尺度構造。

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這種大尺度的天體,是由銀河系那樣一個個的星系構築而成的。舉個例子來說,把宇宙想象成一根絲瓜,内部的絲瓜瓤是網狀的,而宇宙内的大尺度結構就是這些網狀結構。

而且,這網狀結構是立體的,并非平面,且結構是不規則的,至少在現在的人類觀測範圍内是如此。是以大尺度結構,又叫大尺度纖維狀結構。

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天文學家早年的研究中,認為宇宙内的所有物質是均勻分布的。直到上世紀80年代才逐漸發現,宇宙内像星系這樣的分布并不均勻,有些區域顯得稠密,有的就很稀疏。

什麼意思呢?就是說在引力的作用下,物質聚合高的地方引力作用強,它會不斷吸納周圍其他的物質,由此聚合而成的密度越來越高。

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反過來說,有的區域原本的引力就小,沒有形成物質的有效聚合,進而在宇宙内就會形成沒有物質的空洞。

就像絲瓜瓤一樣,聚合在一起的物質形成了網狀結構,而那些空洞的地區,等于什麼物質都沒有。

從我們的視野範圍去看,地球周圍似乎很空,可實際上,囊括了地球的太陽系,以及更上一級囊括了太陽系在内的銀河系,就處在宇宙的網狀結構中。隻不過我們人類身處其中,看不到所處的具體位置在哪裡。

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有人可能會不解,不是說它是網狀結構嗎,那就應該是連成“線”的,可是行星與行星之間,恒星系乃至更大的星系之間,彼此間的距離很遠又很空啊。

我們所感受到的空,是因為從自身微觀角度出發,覺得這些星體間彼此的距離很遠。但如果從宏觀的角度,從宇宙整個尺度的視角去看的話,有星系的地方和沒有星系的地方,看起來就很明顯。

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最直覺的例子,晴朗的夜空我們看銀河,就是一道長長的直線。可實際上的線,就是一個個的恒星系,而且彼此間的距離都很遙遠。

是以從宏觀的角度去了解,感覺的範圍大小,構成了視野内的全貌。好比你在高樓頂看眼前,或者是坐在飛機上看下面,視野範圍大小是不同的。

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如果是在外太空,能看到地球的全貌;如果擁有銀河系一樣的視野,将能看到太陽系在内一個個恒星系的全貌;若是擁有宇宙般大小的視野,就能看到由超星系團和星系團構成了網狀結構了。

很顯然,人類沒有那麼大的視野,是以永遠隻能看到宇宙的一部分而不是全貌。但是,如果放棄宏觀的視野往微觀處去看,就會發現物質的構造似乎和宇宙的結構類似。

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比如肉眼看一片樹葉,看到的是葉脈脈絡線和葉子本身。此時如果再用放大裝置去看的話,會發現肉眼下的線狀和片狀結構,也是由一個個微小的細胞組成的。關鍵是細胞之間也不是密集分布的,也有空洞的區域。

是以通過類似就能明白,大尺度結構是人類視野下宇宙更大的形狀。

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構成“長城”的星系和星球

從本質上來說,用長城來形容大尺度結構,是天文學家的一種類比和戲稱。1989年天文學家們發現的巨型結構,雖然沒有2013年發現的武仙-北冕座長城大,但它的長度也達到了驚人的7.6億光年,寬度超過了2億光年。

僅僅是“牆體”的厚度,也達到了驚人的1500萬光年。這是什麼概念呢?據說有人測算過,将長城累積起來,13億條長城連在一起,長度才僅為1光年。

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是以從更遠的距離去看,它确實像是長長的城牆。在發現之初,天文學家原本以為,如此巨型的結構,承受不住重力的作用。可後來經過模拟計算,發現其依然處于理論數值範圍。

當時的天文學家還沒意識到,随着長城的發現,宇宙更大的視野在人類面前展開。到1991年,天文學家又發現了更大的長城,它的長度達到了驚人的5.8億秒差距。

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随後在2003年,又一條被命名為史隆長城的巨型結構現身。它的長度達到了13.7億光年,比此前發現的巨型結構還要再長6億光年。

2011年,天文學界又發現了 U1.11 ,它的長度為7.8億秒差距,差不多是此前發現的史隆長城的一倍。再之後武仙-北冕座長城現身,它的長度居然超過了100億光年。

未來,可能還會有更大的結構打破人類的認知。但不管這些巨型結構有多大,本質上它也是由一個個星系乃至一個個星體組成的。

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像長城這樣的巨型結構,是由一個個巨大的超星系團組成的。目前就可觀測的宇宙範圍内,天文學家發現的超星系團數量超過了1000萬個。

組成超星系團的則是星系團,每一個超星系團,其下星系團的數量少則幾十個,多的可以達到幾千個。

而屬于下一級的星系團,則是由一個個像銀河系這樣的星系組成。一個星系團中,星系的數量在幾千個以上。

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如果星系的數量較少,隻有幾十個的話則被成為星系群。我們所處的銀河系,它的位置就位于本星系群内,這個星系群内有50個左右的星系。

對比之下,距離本星系群最大的星系團,是室女座星系團,其間組成的星系在2500個以上。

到了銀河系這一層級,差不多就算是接近宇宙的最小結構了。再往下分,就是各個恒星系。在我們所處的銀河系内,恒星的數量至少有2000億顆到3000億顆。

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綜合看,行星圍着恒星轉,恒星組合形成了星系,星系組合形成了星系群或者團,星系團再組合形成超星系團,超星系團組合就構成長城了。

每一集合都大的驚人,而每一集合被囊括到更大的集合後,就又無限擴大。是以我們可以這樣去了解,恒星是構成星系的基本機關,而像銀河系這樣的星系,又是組成長城的基本機關。

在這個體系中,大好像沒有範圍,就是被層層套着。

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已知最大的星系

回到起點,從銀河系的角度看,它的直徑在10萬光年左右,以人類的尺度去衡量,這都已經大到離譜了。可是在宇宙同等的星系中,銀河系就是個小弟。

天文學家已經發現了宇宙内目前已知的最大星系,它的直徑是銀河系的153倍。這個被命名為阿爾庫俄紐斯的星系,直徑超過了1653萬光年。

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簡單了解就是,比如銀河系和這個星系都屬于師一級機關,銀河系隻有基本人數3000人左右,而後者配備齊全,人員數量在10000人到15000人之間。

星系大小的背後,本質上是其引力逐漸積累的大小。而且星系本身也在運動中,每個星系還有融合的可能,由此便會形成更大的星系。

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結語

從宇宙的整體構造可以看出,大和小之間,動和不動之間,處處都是微觀世界和宏觀世界的關系。

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目前的認知中,長城的巨型結構就是最大的,而且它作為一個整體,似乎也是不動的。而或許在未來的某一天,對宇宙新的認知和發現,又會打破現有的水準。看來,探索宇宙沒有止境,隻有無窮。

參考資料:

《宇宙邊界現身波江座?你想多了》 科技日報 2018年11月29日

《天文學家發現宇宙最大星系 直徑是銀河系150倍》 參考消息網 2022年3月7日