宇宙有多大?

宇宙到底有多大呢?科学家们根据已有的数据测算出宇宙的直径可达到920亿光年,而这个直径的数字每分每秒都在增加而且速度正在增加,当你们看到这篇文章的时候,宇宙又变大了一点哦!这是由科学家布莱恩·施密特提出的,并因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖!



但是这个速度增加并不是无上限的,当宇宙膨胀到一定的程度,就是当宇宙能量密度小于临界密度时,宇宙的增长速度就会变慢,各种星系气体就会慢慢被恒星消耗殆尽,而恒星也因此而演变成白矮星或者中子星,直到互相碰撞形成黑洞,最后整个宇宙重新发生大爆炸,一切有回归到初始状态,继续膨胀、爆炸的路线!


望向遥远的宇宙,就如同时间之旅,但我们的观测能力还非常有限的。


当我们向遥远的深空观测,同时我们也是在做时光之旅。星系的光线在宇宙中以光速传播,我们现在所处的宇宙已经138亿年。当我们观测1亿光年外的天体,其实看到的是1亿年前的影像。实际上,哈勃望远镜可以看到宇宙大爆炸后仅仅10亿年时的星系。这些越远的也就是越年轻的星系通常是这样的:体积相对较小、质量相对较小、颜色较淡、亮度较低(因为内部的恒星较少)。





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这样的观测结果很合理:在引力的作用下,这些小的原始星系需要很长时间才能聚合成像银河系这样的大星系。经过几十亿年,才能在星系团中诞生我们所熟知的椭圆星系。因此, 在宇宙的初期,一定有非常非常多的星系“种子”。




如果我们想要搞清楚到底有多少星系,我们有两种方法:一个是理论上的,我们依据现有物理理论来模拟测算;一个是实际观测的,也就是使用天文望远镜看到的信息。结合两者有助于我们得到更准确的数字。2016年的一项研究(附注)告诉我们,整个可见宇宙拥有2万亿个星系。它们在各个方向较为均匀的分布,较远距离的是大量低质量的星系,大质量星系周围的星系数量较少。同时,有星系蔟、星系团和大尺度纤维结构连接,在它们之间是引力作用下形成的空洞。




我们的观测能力非常有限




那为什么我们仅仅看到了9%的星系?为什么我们遗漏了如此多数量的遥远星系?


一个简单的原因:很多星系非常遥远以至于我们很难观测到。50亿光年远的星系已经非常难观测,如果是它在100亿光年外,那亮度会下降到1/4,也就是我们需要花费4倍长时间来观测它。另一个原因是这些星系并不大,内部的恒星比较少,实在是太暗了。尽管年轻的星系拥有的亮星比例较高,但一个只拥有1亿颗恒星的年轻星系,亮度仅仅是拥有4千亿颗恒星的银河系的0.1%。




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