科學也可以如此靠近

2000億顆恒星繞著轉動,銀河系中心到底是什麼,為何如此“亮”?

1月
10
2022

2022年1月10日18時

引言

在曾經,“無知”的人類誤以為自己是“世界”之主,神創造了人類,人類便生活在世界的中心,日月星辰都圍繞著我們而旋轉。

直到人類開始研究科學,大量的實際數據徹底擊碎了我們過去的觀念,不僅僅打破了人類世代以來編制的美夢,告訴了我們人是進化的產物,而非是神創,還為我們塑造更加龐大神秘的宇宙框架。

我們這才明白,原來人類所在的地球根本不是所謂的“世界中心”,地球幾十億年來如一日地圍繞著太陽旋轉,甚至稍微偏轉角度,或者向前向後一點距離,地表的生命都將受到巨大的影響,嚴重的話還可能因此而造成生物大滅絕。

事實上,就算是對於人類而言已經很浩大寬廣的太陽系,其實也只是一個非常平凡普通的恒星系統,比起銀河系而言,太陽甚至可以說是在一片汪洋中的一點砂礫,絲毫不起眼。

根據科學家們的常年觀測和研究,他們發現銀河系的中心是一個非常明亮的球狀,這個“銀心”到底是什麼呢?

銀心是什麼

要想知道銀心是什麼,我們都先需要來簡單了解一下銀河系,當然,現代社會下想必很多人都已經完全知道銀河系是什麼樣子的,如今我們只是稍微回顧一下。

銀河系就如同一個巨大的橢圓形的盤面,其中有四條非常明顯的主要旋臂,而且還都比較對稱,之間相隔的距離大概為4500光年,除了這四條大型旋臂以外,還要許多小一點的旋臂,常常出現分叉、合並、扭曲等等各異的形態。

我們所在的太陽嚴格來說不屬於這四大主旋臂任何一條上,而是在兩條主旋臂中間的獵戶臂的內側,它的長度大概是20000光年,非常可能是從這兩大主旋臂衍生出來的部分。

我們今天所要了解的銀心,則是位於銀河系的盤狀平面和其自轉軸的交點處,直徑大概是20000光年,厚度都能有10000光年,在其銀道面上較為凸出。

同時,銀心還可以說成是銀河系的中心區域,位於人馬座的方向,太陽距離銀心大概相隔32616光年,運行的方向與銀河大概有著86°角度的偏離,公轉的軌道大概屬於是偏橢圓的形狀,卻也會受到周圍比如質量不均等因素的乾擾。

根據科學家們觀測,太陽繞著銀心公轉一圈的時間需要2.25億年到2.5億年,軌道速度為每秒217千米,按照太陽如今的年齡,它已然繞著銀心旋轉了20到25次。

在以前,人類很難觀測到銀心,因為它與太陽系之間存在著大量的塵埃,人類看向銀心的視線全然被攔住。

根據後來更先進的設備,我們可以發現在銀心13046.4光年外的地方有一條氫流膨脹臂,也就是以每秒53千米的速度從銀心向外膨脹的旋臂,大概含有1000萬個太陽質量的中性氫,膨脹的方向正是太陽系。

正是因為這些物質的遮擋,早年人類很難利用光學望遠鏡看見銀心,直到發明出了射電望遠鏡和紅外觀測技術,我們才發現了銀心的樣子。

根據科學家們的觀測,銀心中其實還有一個強射電源,被叫做是人馬座A*,他們還在2002年宣布人馬座A*是一個大質量致密體,質量大概是太陽的240萬到280萬倍,在後來甚至更改為太陽的431 ± 38萬倍或者是410 ± 60萬倍。

這種如此巨大集中的質量,很有可能是由於存在著超大質量的黑洞,再加上剛剛所說的銀心不斷向外噴砂的物質,極大可能就是黑洞導致的,因此我們可以判斷出,銀河系中心必然有巨型黑洞。

如果銀河內部真的存在著黑洞,那麼又會出現另外一個問題——為什麼銀心會這麼“亮”?

為什麼銀心如此“亮”?

要知道在我們的認知當中,黑洞是連光線都無法逃逸的天體系統,如果銀心有一個巨型黑洞,那麼它將會拉扯周圍的所有天體,並將它們吞噬,還會“吃掉”附近的光線,直到它們消失。

但是令科學家們沒有想到的是,隨著觀測的不斷深入,他們居然在銀心發現了幾十顆具有著非常明亮的光線的巨大恒星,體積大概是太陽的30到50倍,亮度更是超過了太陽的100倍。

根據這些存在於黑洞附近的恒星,科學家們認為,黑洞周圍在一定的範圍外,圍繞著它旋轉的氣態物質或許將會發展成為恒星。

在過去,科學們一直在對銀河系中心的各個天體進行觀測,分析它們的活動規律和狀況,而通過對一個叫做S2的恒星的追蹤觀測,科學家們證實了在S2的周圍的確是有一個巨型黑洞。

因為S2質量比我們所在的太陽多了7倍,卻一直在以每秒5000千米的速度進行公轉,要知道地球也才每秒236千米而已。

科學家們認為,之所以S2會以如此快的速度進行15.2年一個周期的公轉,正是因為它擔心被附近的黑洞吸引“吃掉”,所以才會提高速度,與黑洞的引力相抵抗。

而根據研究和計算,這一個巨型黑洞的質量大概是太陽的430萬倍。

同時,科學家們還發現銀心中心在3.26光年的空間中存在著大量的恒星,數量高達4200萬顆,密度非常高,達到了一立方光年的空間就有28.9萬顆恒星的程度,是銀河系中密度最大的地方,甚至比我們所在的太陽系周圍的密度多了7200萬倍。

也正是因為這些恒星的密度極高,所以集中起來的亮度也很強烈,如果我們與銀心中間沒有那些星際塵埃的遮擋,或許就能清楚地看見來自遙遠銀心的幾千萬顆恒星光芒,甚至或許將會比月球還要明亮。

科學家們曾經通過被放置在近地軌道的哈勃望遠鏡,根據其中的天文設備拍攝到了銀心的照片,也向人們展示了最真實清晰的銀河系中心的模樣。

我們可以看見,銀心散布著非常多大質量的恒星群,這麼多的恒星聚集在一起,形成了一片異常明亮的場景,幾乎看不出黑黢黢的宇宙背景。

科學家們還認為,由於銀河系中心的黑洞,它們會不斷吞噬核心處的恒星,並且在吞噬的期間也會因為分解而產生出巨大的能量,更會加劇銀心的亮光,使得它看起來越來越明亮。

為什麼銀心能牽制住銀河系?

之前我們也說過了,銀河系中心的黑洞質量大概是430萬個太陽加起來的質量,一般來說天體的質量越大,所具有的引力也就越強。

但是銀河系中有著1000億到4000億顆恒星系統,就算是取中間值,假設銀河系只有2000億顆恒星,整個銀河系的重量也高達1萬億個太陽質量。

對比下來,銀心中的黑洞僅僅只有銀河系的0.0005%左右,卻能牽制住如此龐大巨量的銀河系恒星群,這是為什麼呢?

可能很多人不知道為什麼會有如此的疑問,以太陽系作為例子,我們頭頂的太陽質量是整個太陽系的99.86%,這才吸引住了系內大大小小的天體,將它們牢牢地“囚禁”在一定的距離,而不會旋轉著就跑走了。

銀心“憑什麼”可以用這麼少的質量拉扯住銀河系呢?抱著這樣的疑問,科學家們經過研究後,認為可能聚集在銀心中的恒星也有起到一定的作用,是銀心的黑洞,加上中心以及附近的恒星互相疊加後產生出來的效果。

換句話說,就是黑洞吸引中心區域的恒星,再由這些恒星將周圍的高密度恒星束縛住,後者的引力又牽制著更遠的恒星,一層一層的疊加模式下,也就使得銀河系的框架越來越大,逐漸形成了現在的樣子。

但是科學家們計算以後,發現其實就算是把黑洞和附近的層層恒星相加,這種方法固然有著一定的作用,但是銀河系實在是太龐大了,這點引力作用完全無法讓銀河系的恒星們“乖乖聽話”。

或許靠內側的恒星們會被束縛,可是外側的恒星必然不會受到太大的引力影響,它們將會隨時掙脫,逃向遠方。

後來,科學家們認為可能是銀河系中存在的暗物質的作用。暗物質是宇宙中非常豐厚的物質,人類雖然無法直接觀測到它的存在,卻可以通過間接的方式估算出它,這些暗物質或許就是維持著銀河系整體框架結構的重要因素,也正是因為它們,銀河系才能夠以0.0005%的銀心黑洞重量,將整個銀河系“安排”妥當,而不會散架。

通過估算,銀河系的暗物質的質量應該是超過8000億倍的太陽質量,但是因為人類的科技還很有限,當前無法直接觀測到這些神秘且重要的暗物質。

結論

人類的科技發展時間其實還很短暫,過去的時間我們受到封建主制度和宗教勢力的壓迫和限制,無法發展科技,使得社會長期處在停滯的階段。

從18世紀工業革命以來,一直到21世紀,也才短短300年的時間,而我們對於宇宙的探索更是短暫,宇宙之大遠超人類所想,想要憑借目前幾百年的科技去研究存在了138.2億年的宇宙,這無疑是極其有難度的事情。

當然,有難度不代表著人類無法做到,在未來科技的大力發展下,我們相信人類能夠將任何的不可能變成有可能。


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