可观测的宇宙半径约为多少光年(可观测宇宙直径940亿光年)
在天文学上,人们使用的距离单位叫做光年,也就是宇宙中速度最快的光在一年时间内传播的距离。根据计算,这个距离大约是9.46万亿公里。
这个距离对于人类来说已经非常夸张了,但是放在宇宙范围内,却显得如此微小。即使是最近的比邻星,距离我们也有4.24光年,也就是40万亿光年。以人类飞行最远的探测器旅行者1号来说,它想飞到比邻星也需要数万年的时间。
(图片说明:我们的银河系,直径达到了10万光年,最新数据显示它可能达到了20万光年)
可是,比邻星仅仅是距离太阳系最近的恒星,它和数千亿颗恒星一起组成了太阳系的家园——银河系。这个巨大的银河系,直径达到了10万光年,更是人类无法企及的距离。可是,在宇宙中,还有一个更加巨大、更加惊人的结构,其尺度大到连银河系都显得微不足道,那就是武仙-北冕座长城(Hercules-Corona Borealis Great Wall)。
用震惊来形容人类知道它尺寸时的心情,一点都不为过。据测量,武仙-北冕座长城的直径有100亿光年以上,是银河系的10万倍。也就是说,如果银河系是一粒小米,武仙-北冕座长城的高度相当于一座35层的高楼!
(图片说明:我们银河系所属的拉尼亚凯亚超星系团,直径达到了5.2亿光年,但是在武仙-北冕座长城面前仍然只是个小不点)
当然,银河系和它属于两个不同级别的宇宙结构,这样的对比有点过分。但是,银河系所属的拉尼亚凯亚超星系团虽然和武仙-北冕座长城是同一级别的宇宙结构,但尺寸也仅有5.2亿光年,和它相比简直微不足道。要知道,可观测宇宙的直径也才只有940亿光年,它就独占100亿光年,可见它的尺度几乎已经没有对手了。
那么,这个武仙-北冕座长城到底是何方神圣呢?
2013年,天文学家I. Horváth、J. Hakkila和Zs. Bagoly等人所领导的一支团队,正在使用雨燕卫星和费米伽玛射线空间望远镜准备观测宇宙深处的伽马射线暴(Gamma Ray Bursts,缩写:GRB),这种宇宙结构通常被称作GRB长城。
就是在这个过程中,他们在武仙座和北冕座方向发现了一片长达100亿光年的异常伽马射线暴。通过计算,他们证明在这100亿光年的范围内仅仅是随机出现大量离散的伽马射线暴几乎是不可能的,这意味着它是一个连绵不断的整体,其宽度就是100亿光年,占了可观测宇宙直径的10.7%。
它的尺寸如此巨大,以至于2014年在新闻发布会上介绍这个发现的时候,联合作者、南卡罗来纳州查尔斯顿学院的天文学研究员Jon Hakkila表示:“我现在还认为它大得太不合理。即使作为联合作者,我仍然半信半疑。”
武仙-北冕座长城的存在不仅仅是超越了我们对宇宙结构尺度的认知,甚至挑战了科学家的宇宙理论。在发现它的时候,科学家们还相信宇宙是均匀的,也就是宇宙的各向同性。换句话说,当我们把观测尺度放到足够大时,不论朝哪个方向观测,宇宙都长得一模一样。这不仅仅是符合长期以来的观测结果,而且在理论上也是成立的。
但是,武仙-北冕座长城的出现挑战了这一理论,宇宙在这里有着较高的密度,从质量上来说似乎打破了宇宙的各向同性。这么大的密度会让宇宙各处受力不均衡,按照理论来说,它甚至有可能阻止宇宙的膨胀。对此,科学家们一直非常不理解。虽然最近越来越多的证据显示宇宙确实是不均匀的,但武仙-北冕座长城的尺度仍然让我们十分困惑。
那么,武仙-北冕座长城到底是怎么形成的呢?
据观测,武仙-北冕座长城位于100亿光年以外,这意味着它在100亿年之前就形成了——这本身就很难理解,因为那个时候的宇宙才只有38亿年的年龄,按照现有的理论是无法形成如此庞大的宇宙结构的。不过,既然事实已经摆在这了,科学家们仍然不屈不挠地试图寻找解释它的方法。
他们相信,在武仙-北冕座长城一定有一个非常巨大的超星系团,而且它拥有着极高的恒星形成率。据推测,这里有大量的大质量恒星,因为只有它们才能形成伽马射线暴。
(图片说明:伽马射线暴,宇宙中最强烈的天体活动之一)
实际上,武仙-北冕座长城虽然突破了科学家的认知,但这也不是我们第一次发现类似的巨型结构了。比如长达14亿光年的斯隆长城、跨幅达40亿光年的巨型超大类星体群……它们虽然没有武仙-北冕座长城这么巨大,但也能够向我们暗示一个事实:在我们的宇宙中,这样的巨大结构并不罕见。
正因为如此,Jon Hakkila才认为武仙-北冕座长城恐怕也不能长时间保持自己的纪录,未来很可能有更加巨大的结构被我们发现。正如他所说的那样:“发现宇宙中最大的、或最遥远的、或最古老的东西并不是永远‘安全’的,它们很有可能被更大、更遥远、更古老的东西所代替。”
没错,虽然武仙-北冕座长城直径占据了宇宙的十分之一,但是按照体积来算,也只有千分之一。宇宙中还有非常广袤的空间,允许潜在的更巨大结构存在。也许在不远的将来,科学家就会发现比武仙-北冕座长城还要巨大的宇宙结构,再一次让世人为宇宙的神奇而大吃一惊。
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