天天看点

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

作者:说宇宙

你觉得宇宙有边界吗?这个问题多年来争论不休,并在2018年的时候,似乎一度有了确切的答案。

当年有一条消息广为流传:遥远的宇宙深处发现了一道“高墙”,它的长度绵延35亿光年,跨过高墙也就走出了宇宙。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

(宇宙内一簇簇的超星系团)

事实上,这条消息仅仅是大众对科学研究的误读。那道所谓的墙并非宇宙内外的界限,而是宇宙内尺度更大的天体结构。

是的你没有看错,该结构的长度以光年为单位就已经够大了,而且还是“亿”。更为关键的是,它还并不是迄今为止发现最大的那一个。

用秒差距代替光年描述的最大天体

一般来说,光年就是大众所熟知的天文学领域最大的长度单位了,可如果上升到更大尺度,也就是一组数字后面又要多加几个零的时候,光年之上就又有了秒差距。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

相对于光年,秒差距描述的距离更远,不过通常而言,这一单位只在天文学家们的日常工作中使用——是为了尽量降低数值,方便计算和表述用的。

2013年后,秒差距的作用有了更贴近实际的用途,宇宙的深处又发现了更大的天体结构。

当年11月,天文学家利用卫星和射电望远镜,在宇宙深处搜索并观测到了多次的伽马射线暴。随着对爆发位置的描绘,进而有了惊人的发现。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

原来在伽马射线暴的区域内,有一个超乎想象的巨型结构,由无数星系组成的庞大天体,共同构筑起了这一巨型结构。

它有多大呢?可观测一端最长的距离超过了100亿光年。即便换算成秒差距,也达到了惊人的30亿秒差距。另一端的长度相对较短,可也达到了72亿光年,即22亿秒差距。

之后,这一超大的结构被命名为武仙-北冕座长城。名称的意思是,武仙座和北冕座,是因为该天体的投影位置正好处于两者的区域。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

至于长城,既是字面“城墙”的意思,同时又是指代宇宙内,像长长的城墙那样的天体结构。在宇宙天体的描述中,“长城”代表的天体结构,比公众常听说过的“超星系团”、“星系团”、“星系群”的构造还要大。

大尺度结构

天文学上,长城这一概念,是在上世纪80年代,由约翰·修兹劳和玛格利特·盖勒率先提出来的。这就是常说的大尺度结构,或者说是大尺度构造。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

这种大尺度的天体,是由银河系那样一个个的星系构筑而成的。举个例子来说,把宇宙想象成一根丝瓜,内部的丝瓜瓤是网状的,而宇宙内的大尺度结构就是这些网状结构。

而且,这网状结构是立体的,并非平面,且结构是不规则的,至少在现在的人类观测范围内是如此。所以大尺度结构,又叫大尺度纤维状结构。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

天文学家早年的研究中,认为宇宙内的所有物质是均匀分布的。直到上世纪80年代才逐渐发现,宇宙内像星系这样的分布并不均匀,有些区域显得稠密,有的就很稀疏。

什么意思呢?就是说在引力的作用下,物质聚合高的地方引力作用强,它会不断吸纳周围其他的物质,由此聚合而成的密度越来越高。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

反过来说,有的区域原本的引力就小,没有形成物质的有效聚合,进而在宇宙内就会形成没有物质的空洞。

就像丝瓜瓤一样,聚合在一起的物质形成了网状结构,而那些空洞的地区,等于什么物质都没有。

从我们的视野范围去看,地球周围似乎很空,可实际上,囊括了地球的太阳系,以及更上一级囊括了太阳系在内的银河系,就处在宇宙的网状结构中。只不过我们人类身处其中,看不到所处的具体位置在哪里。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

有人可能会不解,不是说它是网状结构吗,那就应该是连成“线”的,可是行星与行星之间,恒星系乃至更大的星系之间,彼此间的距离很远又很空啊。

我们所感受到的空,是因为从自身微观角度出发,觉得这些星体间彼此的距离很远。但如果从宏观的角度,从宇宙整个尺度的视角去看的话,有星系的地方和没有星系的地方,看起来就很明显。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

最直观的例子,晴朗的夜空我们看银河,就是一道长长的直线。可实际上的线,就是一个个的恒星系,而且彼此间的距离都很遥远。

因此从宏观的角度去理解,感知的范围大小,构成了视野内的全貌。好比你在高楼顶看眼前,或者是坐在飞机上看下面,视野范围大小是不同的。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

如果是在外太空,能看到地球的全貌;如果拥有银河系一样的视野,将能看到太阳系在内一个个恒星系的全貌;若是拥有宇宙般大小的视野,就能看到由超星系团和星系团构成了网状结构了。

很显然,人类没有那么大的视野,因此永远只能看到宇宙的一部分而不是全貌。但是,如果放弃宏观的视野往微观处去看,就会发现物质的构造似乎和宇宙的结构类似。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

比如肉眼看一片树叶,看到的是叶脉脉络线和叶子本身。此时如果再用放大设备去看的话,会发现肉眼下的线状和片状结构,也是由一个个微小的细胞组成的。关键是细胞之间也不是密集分布的,也有空洞的区域。

所以通过类似就能明白,大尺度结构是人类视野下宇宙更大的形状。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

构成“长城”的星系和星球

从本质上来说,用长城来形容大尺度结构,是天文学家的一种类比和戏称。1989年天文学家们发现的巨型结构,虽然没有2013年发现的武仙-北冕座长城大,但它的长度也达到了惊人的7.6亿光年,宽度超过了2亿光年。

仅仅是“墙体”的厚度,也达到了惊人的1500万光年。这是什么概念呢?据说有人测算过,将长城累积起来,13亿条长城连在一起,长度才仅为1光年。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

所以从更远的距离去看,它确实像是长长的城墙。在发现之初,天文学家原本以为,如此巨型的结构,承受不住重力的作用。可后来经过模拟计算,发现其依然处于理论数值范围。

当时的天文学家还没意识到,随着长城的发现,宇宙更大的视野在人类面前展开。到1991年,天文学家又发现了更大的长城,它的长度达到了惊人的5.8亿秒差距。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

随后在2003年,又一条被命名为史隆长城的巨型结构现身。它的长度达到了13.7亿光年,比此前发现的巨型结构还要再长6亿光年。

2011年,天文学界又发现了 U1.11 ,它的长度为7.8亿秒差距,差不多是此前发现的史隆长城的一倍。再之后武仙-北冕座长城现身,它的长度居然超过了100亿光年。

未来,可能还会有更大的结构打破人类的认知。但不管这些巨型结构有多大,本质上它也是由一个个星系乃至一个个星体组成的。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

像长城这样的巨型结构,是由一个个巨大的超星系团组成的。目前就可观测的宇宙范围内,天文学家发现的超星系团数量超过了1000万个。

组成超星系团的则是星系团,每一个超星系团,其下星系团的数量少则几十个,多的可以达到几千个。

而属于下一级的星系团,则是由一个个像银河系这样的星系组成。一个星系团中,星系的数量在几千个以上。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

如果星系的数量较少,只有几十个的话则被成为星系群。我们所处的银河系,它的位置就位于本星系群内,这个星系群内有50个左右的星系。

对比之下,距离本星系群最大的星系团,是室女座星系团,其间组成的星系在2500个以上。

到了银河系这一层级,差不多就算是接近宇宙的最小结构了。再往下分,就是各个恒星系。在我们所处的银河系内,恒星的数量至少有2000亿颗到3000亿颗。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

综合看,行星围着恒星转,恒星组合形成了星系,星系组合形成了星系群或者团,星系团再组合形成超星系团,超星系团组合就构成长城了。

每一集合都大的惊人,而每一集合被囊括到更大的集合后,就又无限扩大。因此我们可以这样去理解,恒星是构成星系的基本单位,而像银河系这样的星系,又是组成长城的基本单位。

在这个体系中,大好像没有范围,就是被层层套着。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

已知最大的星系

回到起点,从银河系的角度看,它的直径在10万光年左右,以人类的尺度去衡量,这都已经大到离谱了。可是在宇宙同等的星系中,银河系就是个小弟。

天文学家已经发现了宇宙内目前已知的最大星系,它的直径是银河系的153倍。这个被命名为阿尔库俄纽斯的星系,直径超过了1653万光年。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

简单理解就是,比如银河系和这个星系都属于师一级单位,银河系只有基本人数3000人左右,而后者配备齐全,人员数量在10000人到15000人之间。

星系大小的背后,本质上是其引力逐渐积累的大小。而且星系本身也在运动中,每个星系还有融合的可能,由此便会形成更大的星系。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

结语

从宇宙的整体构造可以看出,大和小之间,动和不动之间,处处都是微观世界和宏观世界的关系。

宇宙最大结构,长度超100亿光年!银河系和它比起来连小弟都不算

目前的认知中,长城的巨型结构就是最大的,而且它作为一个整体,似乎也是不动的。而或许在未来的某一天,对宇宙新的认知和发现,又会打破现有的水平。看来,探索宇宙没有止境,只有无穷。

参考资料:

《宇宙边界现身波江座?你想多了》 科技日报 2018年11月29日

《天文学家发现宇宙最大星系 直径是银河系150倍》 参考消息网 2022年3月7日