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宇宙到底有多少星系?哈勃看到宇宙边缘,却被大爆炸余晖挡住视线

2020-10-17  星辰大海...

一直以来天文学家们也对这个问题充满了好奇,但即使到现在有那么强大的望远镜,也就搞清楚了银河系的一部分,而对于整个宇宙,也仍然在不断的探索中!

赫歇尔打算数清楚银河系有多少颗星星

银河是人类最早认识的星系,但在20世纪以前,即使是天文学家也以为它就是宇宙的全部,所以很多天文学家都想搞清楚这个满天星星的“宇宙”到底长什么样,因此裹挟了发现天王星余威的赫歇尔在1785年通过十几年的观测,确定了11万颗恒星的位置,将其标定了出来,画出了银河系的样子!

赫歇尔的银河系模型

是不是和现在的银河系大相径庭?赫歇尔还认为太阳就在银河的中心,这是由于赫歇尔时代对恒星距离的估计存在极大的误差,当然还有一个关键是银河系恒星数量实在太庞大了,这11万颗恒星简直九牛一毛,根本无法勾勒出银河的形状!

银河系的形状要到二十世纪二十年代的诸多天文学家努力才得以发现,沙普利认为太阳系在银河系的边缘,林德布拉德发现银河系也在自转,哈勃则发现了仙女星系,因此才区分出银河系和河外星系,参考仙女星系的样子,天文学家大概猜测出银河系也是类似的形状。

此后科学家对银河系的漩涡结构和旋臂有了更进一步的认识,甚至对于银河系的起源也提出了比较靠谱的说法,但要搞清楚银河系有多少颗恒星,显然不是建立大型望远镜所能解决问题的,因为人力再强大也只能区分有限的一些星星,因此数星星的工作,在计算机光学处理发展后才得到突飞猛进的发展!

伊巴谷和盖亚数星星

有两个里程碑式的发展,一个是依巴谷卫星,另一个盖亚卫星,它们的工作都是统计并绘制一个包含约10亿颗或银河系1%恒星的三维星图,当然伊巴古卫星由于轨道错误,没有工作到预定寿命期,不过它也取得了相当重大的进展,而盖亚卫星在2013年发射后取得了突破性的成绩!

它在2015年7月至2016年9月13日,共14个月的观测资料就超过了11亿颗恒星的位置和光度,2018年4月又获取了新的10亿颗恒星的资料,ESA已经用其建立起了迄今为止最精细的银河系3D模型!数星星并不是盖亚的工作,这个科学家大概也能估算出银河系大约有1000亿-4000亿颗恒星,但银河系精细结构模型却是前所未有的,它是距离我们最近的星系,因为我们就在它内部,重要程度就像太阳标准模型建立一样关键!

银河系中我们能看到的都是恒星,其中与太阳差不多和比太阳更大的恒星,大约只占10%左右,也就是说银河系中绝大部分都是红矮星(临近太阳系的比邻星就是红矮星,天狼星则比太阳大),而现在所能搜寻到的,也绝大部分都是比较大的恒星,还有更多的小不点游荡在银河系中。

宇宙到底有多大?它又有多少颗恒星?

我们到底能看多远?这非常关键,这直接关系到天文学家能看到多少星星!根据宇宙大爆炸模型,第一批光子是大爆炸发生在38万年后退耦的,也就是大爆炸的闪光我们仍然能看到,不过由于宇宙膨胀速度极高,将这些可见光的波长红移到了射电波段,也就是现在观测到的宇宙微波背景辐射!

但并不表示我们就能看到宇宙微波背景辐射内的所有天体,因为还有一个问题,这些天体太微弱了,而射电望远镜观测精度又无法和光学望远镜媲美,所以就只能不断增加望远镜的口径,试图收集更多的光子,当然还有另一个办法,就是让望远镜一直盯着某个地方看,一直看,一直看!

我们很庆幸当年哈勃的团队这样做了,而且这样的事情一做就是三次,分别位于南半球的杜鹃座和天炉座,北半球的大熊座的一小块地方,平时看起来空无一物的天区,经过长达数月的曝光后,我们看到了一个前所未有的世界,里面的每一个光点,代表的都是一个星系,仅仅在一张照片中,就有成千上万个星系!

2012年时将哈勃在10年前在天炉座拍摄的这些照片重新处理,发布了哈勃极深空照,大约相当于23天的曝光量,拍摄到了宇宙诞生后大约6亿年的星系!当然后来哈勃还在宇宙组合体近红外深河外星系遗迹巡天调查(CANDELS)以及史匹哲太空望远镜的大天文台起源北部星系深空巡天调查中发现了GN-Z11,大于在宇宙诞生后4亿年的婴儿星系!

天文学家根据取的的数据评估,当然也仅仅是评估,毕竟哈勃望远镜即使看100年都看不完如此庞大的天区!可观测宇宙中可能存在2万亿个星系,它们都像银河系一样庞大!

詹姆斯·韦伯望远镜

上文中了解了宇宙的边缘膨胀速度太快,所以那些星系的光都红移到的红光或者近红外和红外波段,由于哈勃望远镜光学结构限制,它在红外波段的观测有些力不从心,因此早在2005年NASA就规划了替代它的詹姆斯·韦伯望远镜!

哈勃的口径为2.4米的R/C结构,詹姆斯·韦伯望远镜则为6.5米有效口径的18块六角形拼接反射镜,主镜材料是铍,精度在10纳米内,并且有主动光学调节,另外镜面镀金处理,目的就是在红外波段有比之前更优秀的表现!

左边为哈勃主镜,右边为詹姆斯·韦伯的主镜

因为要观测到更遥远的天体,红外波段是必须的,甚至可能要到太赫兹和毫米波的电磁波段,而且现在已经露出端倪,据澳大利亚沙漠中的毫米波观测设备显示,已经观测到了宇宙诞生大约1.2亿年后的诞生的天体!

尽管我们仍然只能更精确的评估宇宙中星系的数量,但发现更遥远的星系,显然会对宇宙大爆炸后的黑暗时代以及第一代恒星形成有更深刻的认识!

那么在宇宙微博背景辐射以外,又隐藏了什么呢?

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