《自然》:宇宙或包含2万亿个星系 小星系合并

长江

作者：赵熙熙 来源：科学网 www.sciencenet.cn

发布时间：2016/10/18 9:50:32

宇宙或包含2万亿个星系

大多数星系开始时都很小，并在后来经历了一个激烈的合并期



哈勃空间望远镜观测的一块宇宙空间 图片来源：NASA/ESA

根据20年来的第一次重要修订，天文学家认为，可观测的宇宙中大约包含2万亿个星系——这是之前估算水平的10倍。

了解宇宙星系的数量是天文学上的一个基本问题。自从上世纪90年代中期以来，天文学家一直认为宇宙中的星系数量大约为1200亿个左右。这一数字主要基于1996年进行的一项名为“哈勃深空”的研究——研究人员指挥美国宇航局（NASA）的哈勃空间望远镜瞄准一小片太空区域进行了长达10天的拍摄，从而通过长时间的曝光揭示极端昏暗的天体。

这一观测包含的星系可以达到37亿秒差距（120亿光年）之远，也就是说这些星系在宇宙大爆炸后不到20亿年便已存在。天文学家随后对这一狭窄区域中的星系数量进行了计算，进而又推算出整个宇宙的星系数量约为1200亿——前提是假设各个方向上的星系密度都是相似的。

然而，“哈勃深空”图像中并没有足够多的星系能够阐明整个宇宙中的物质密度分布情况。研究人员知道，那些缺失的物质必然是以星系的某种形式存在的，且因太过昏暗而无法看见，例如气体和暗物质。

这项最新研究的联合作者、英国诺丁汉大学天体物理学家Christopher Conselice表示：“我们一直都知道星系的数量远远不止这些。但我们不知道到底有多少，因为我们无法对其进行成像。”

最近的深空研究使用了NASA于2009年升级后的哈勃空间望远镜以及其他望远镜。Conselice及其同事把观测图像转换成三维图像，结合新的数学分析方法，从而使他们能够计算距离40亿秒差距（130亿光年）的可见星系。研究人员计算了与地球不同距离的给定质量的星系数量。随后他们外推了那些因太小和太昏暗而无法被望远镜识别的星系数量，最后计算得出可观测的宇宙应该包含约2万亿个星系。研究人员发现，按照新的算法，宇宙中的星系数量大约是现在所能观测到的10倍左右，其中多数星系质量很小，跟银河系的卫星星系质量差不多。《天体物理学杂志》已经接受了研究人员的论文。

得克萨斯大学奥斯汀分校天文学家Steven Finkelstein认为，研究人员得出的数字并不令人吃惊，但它仍然是有用的数字。Finkelstein说：“我不知道之前有谁曾这样做过。”Conselice表示，理论学家预计的数字还要更高，他和同事如今正打算寻找其中的差异。

迄今为止，研究人员能够直接观测到的星系数量仅占2万亿个星系中的10%。换句话说，在今天的宇宙中，约有90%的星系由于太暗淡、太遥远而无法被现在的望远镜发现。然而Conselice指出，当哈勃空间望远镜的继任者——詹姆斯·韦伯空间望远镜在两年后升空后，这一状况将会发生改变。他强调，后者还能够观测更远的星系，从而有助于研究星系是如何形成的。

Conselice在一份声明中说：“宇宙中超过90%的星系尚未被研究，令人难以置信。当未来的望远镜发现这些星系时，谁能知道会发现什么有趣特性呢？”

研究人员指出，通过改进对星系形成的模拟，并对它们的演化进行更详细的评估，这项研究可能有助于完善对于星系的理解。

但是纽约州波及浦西市瓦萨学院天文学家Debra Elmegreen认为，目前看来，这些发现依然符合现有理论，即大多数星系开始时都很小，并在后来经历了一个激烈的合并期。

由于来自一个星系的光要经过很长时间才能到达地球，因此天文学家今天看到的画面只是某一时刻的一张快照，而其中的很多星系——包括新估算中的星系——可能已经不存在了。它们可能已经合并成为了更大的星系，因此当前的星系数量很可能不足2万亿个。（赵熙熙）

更多阅读

《自然》相关报道（英文）

http://www.nature.com/news/unive ... ers-thought-1.20809

http://www.nature.com/news/earth ... ay-laniakea-1.15819

https://www.youtube.com/watch?v=rENyyRwxpHo#action=share

https://www.youtube.com/watch?v=UVRilVjgTV0



http://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2016/10/358560.shtm