方寸之間塞下數萬星系,可觀測宇宙之內,誰距離地球最遠?

夜晚仰望星空時,我們肉眼能看到的星星大部分來自銀河系,對于人類來說,銀河系已經非常浩瀚了,它的直徑達到了16萬光年。

但對無垠的宇宙而言銀河系卻無比渺小,它只是上千億個星系中普通的一個,而光的速度是有限的,越是遙遠的星系產生的時間就越早,觀察那些星系就像穿越回宇宙早期,身臨其境一睹宇宙誕生之初的面貌。

2012年9月25日

NASA公開了一張由哈勃望遠鏡拍攝極端深空場,在這張照片中,只有滿月十分之一大小的角落包含了近萬個星系,通過這張照片的星系分布,科學家判斷在我們的宇宙中,至少有兩萬億個像銀河系一樣的星系。

那麼在如此眾多的星系中,距離地球最遠的星系有多遠?

美國和日本天文學家觀測到一個名為HD1的星系,紅移值為13.24,根據測算它和地球的距離高達337億光年,來自HD1的光用了135億年的時間才到達地球,這是目前發現的距離地球最遠的星系。

光速雖然是宇宙中最快的速度,卻也不是無限快的,而是每秒30萬公里,光在一年內走過的距離稱為1光年,那麼HD1距離地球337億光年, 為何只用了135億年就到達了地球?

美國哈佛-史密松天體物理中心Fabio Pacucci團隊從幾個大型望遠鏡的觀測數據中發現了HD1,并在智利用阿塔卡大型陣列望遠鏡對HD1再次進行了詳細的觀察,最終確定它和地球的距離為334億光年, 比此前發現的GN-z11還遠10億光年。

GN-z11于2016年由美國宇航局和歐洲航天局聯合刊登在《天體物理學》雜志中,它的紅移值為11.09,距離地球約324億光年,發出的光歷經134億年后到達了地球。

這就意味著Gn-z11星系在宇宙誕生后的四億年就出現了,而這次的HD1星系則誕生在135億年前,那時宇宙大爆炸才剛剛過去三億年。

HD1幾乎是目前人類技術能夠觀測到的極限,另一方面還要歸功于它在紫外線波長下非常明亮,關于它巨大的能量來源,研究人員認為可能有兩種解釋。

一種可能是

在HD1星系的中心存在著一個超大質量黑洞,并且由于星系誕生時間早,存在的星體多為第一代恒星, 它們質量高體積大,在被黑洞吞噬時會釋放出更加巨大的能量,向外爆發出超強的電磁輻射。

據推測,這個黑洞的質量將是太陽的一億倍左右,不過研究人員認為,黑洞的成長需要時間,無法想象它是如何在僅誕生3億年的宇宙中變得如此之大。

另一種可能是,HD1是一個星爆星系,即在星系的內部正在經歷一場恒星大爆發,135億年前HD1誕生之初,內部存在大量的氣體云。氣體云大量聚集坍縮后就會形成恒星,根據輻射能量估算,HD1每年至少要誕生100多顆和太陽質量相當的恒星,才能釋放出如此明亮的紫外線輻射。

但為啥HD1發出的光能在135億年的時間里走過337億光年的距離?

難道它真的在以兩倍多光速的速度行進嗎?

現代宇宙學認為

宇宙起源于138億年前的奇點大爆炸,至今整個宇宙仍然在快速膨脹擴張,上世紀20年代,著名天文學家埃德溫.哈勃發現了該現象,并且這種膨脹不只是邊緣在膨脹,而是整個宇宙都像吹開的氣球一樣。

這就意味著星系與星系的距離在不斷被拉遠,反推到百億年前,兩個星系之間的距離遠比現在近得多,后來科學家通過普朗克衛星測出,宇宙膨脹的速率約為67千米每百萬秒差距,即每像個326萬光年,星系遠離我們的速度就會增加67千米。

135億年前,HD1星系和原始銀河系的距離只有24億光年,也就是說只要24億年,HD1的光就可以到達銀河系。

但宇宙一直在擴張,它們的距離也越來越遠,最終走了135億年才追趕上銀河系,在宇宙膨脹下,HD1與銀河系的距離從最初的24億光年拉開到了現在的337億光年。

這種看似超越光速的距離,其實并不是星系本身在運動,而是空間結構在不斷擴張,所以并沒有違反相對論。

我們常說的直徑930億光年宇宙只是 可觀測范圍內的,宇宙邊緣的膨脹速度很可能已經超過了光速,那里的光還沒來得及到達地球。

根據推算

隨著空間不斷擴張,最終在某個距離界限之外的光將永遠無法到達地球,這個距離半徑大約為610億光年,這就意味著人類可能永遠都無法看見宇宙的全貌。


用戶評論