2020-07-28 12:21 科學(xué)星
在1998年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，我們忽略了近四分之三的宇宙成分——暗能量。暗能量不僅驅(qū)動(dòng)著宇宙的膨脹，而且控制著星系的形狀和星系之間的距離。
宇宙的雕刻家
當(dāng)天文學(xué)家探索暗能量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)暗能量不僅決定了宇宙的整體膨脹速度，而且在更小的尺度上具有長(zhǎng)期的影響。當(dāng)你縮小你對(duì)宇宙的看法時(shí)，你首先注意到的是，在宇宙尺度上，物質(zhì)就像蜘蛛網(wǎng)一樣分布著，一個(gè)由數(shù)千萬光年長(zhǎng)的細(xì)絲組成的網(wǎng)，其間點(diǎn)綴著大小相似的小孔。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)仿真表明，要形成這樣的圖形，需要同時(shí)具有物質(zhì)能量和暗能量。
這不是什么大發(fā)現(xiàn)。這些細(xì)絲和網(wǎng)格不是結(jié)構(gòu)緊湊的行星物體。它們還沒有從整個(gè)宇宙的膨脹中分離出來，也沒有達(dá)到內(nèi)部力量的平衡。因此，它們的出現(xiàn)取決于宇宙的膨脹(以及所有影響膨脹的現(xiàn)象)和自身重力的競(jìng)爭(zhēng)。在宇宙中，沒有人能完全主宰拔河:如果暗能量更強(qiáng)，膨脹就會(huì)獲勝，使物質(zhì)膨脹而無法凝聚成絲狀結(jié)構(gòu);如果暗能量較弱，物質(zhì)將進(jìn)一步凝聚在一起。
當(dāng)你繼續(xù)縮小到星系團(tuán)和星系的大小時(shí)，情況就變得更加復(fù)雜了。所有的星系，包括我們的銀河系，都不會(huì)隨時(shí)間而膨脹。它們的大小取決于恒星、氣體和其他組成物質(zhì)的角動(dòng)量和引力之間的平衡;只有當(dāng)新物質(zhì)從星系間空間中吸收或與其他星系融合時(shí)，它們才會(huì)生長(zhǎng)。宇宙膨脹對(duì)星系生長(zhǎng)的影響是可以忽略不計(jì)的，所以暗能量對(duì)星系形成的影響還不是很清楚。
這同樣適用于星系團(tuán)。星系團(tuán)是由成千上萬個(gè)星系組成的集合，它們被引力束縛在一起，隱藏在巨大的熱氣體云中，是宇宙中最大的聚集體。不久前，許多關(guān)于星系和星系團(tuán)形成的想法似乎與暗能量無關(guān)，但現(xiàn)在看來暗能量可能是連接這些不同觀點(diǎn)的關(guān)鍵。因?yàn)檫@些系統(tǒng)的形成和演化部分是由于星系之間的相互作用和合并，而星系之間的相互作用和合并可能是由暗能量主導(dǎo)的。
為了理解暗能量是如何影響星系形成的，天文學(xué)家需要知道星系是如何形成的。目前的理論是基于物質(zhì)有兩種基本形式的想法:第一種是普通物質(zhì)，在普通物質(zhì)中粒子可以很容易地相互作用，如果帶電，則會(huì)受到電磁輻射。天文學(xué)家稱它們?yōu)橹刈游镔|(zhì)，因?yàn)樗鼈冎饕少|(zhì)子和中子等重子組成;第二個(gè)是暗物質(zhì)(被暗能量攔截)。與占所有物質(zhì)85%的粒子不同的是，組成粒子不與輻射相互作用。但是從引力的角度來看，暗物質(zhì)和普通物質(zhì)有著完全相同的性質(zhì)。為什么星系逐漸停止形成?
詳細(xì)的研究表明，星系在與其他星系合并時(shí)是扭曲的。我們所能看到的最早的星系已經(jīng)在宇宙中存在了大約10億年，其中許多確實(shí)在合并，但是隨著時(shí)間的推移，大型星系的合并不再盛行。在大爆炸后的20 - 60億年間(宇宙歷史的前半部分)，大型星系的合并率從50%驟降至接近于零。從那以后，星系形狀的比例就固定下來了，星系之間的碰撞和合并也很少見。
事實(shí)上，當(dāng)今宇宙中98%的大型星系要么是橢圓星系，要么是螺旋星系。它們的形狀在合并時(shí)分解和改變。這些星系是穩(wěn)定的，大多由較老的恒星組成。這告訴我們它們一定是很早就形成的，并且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持著正常的形狀。一些星系仍在合并，但通常是較小的星系。
另一個(gè)奇怪的現(xiàn)象是，在星系中心常見的超大質(zhì)量黑洞似乎已經(jīng)顯著減速。這些黑洞是類星體和活動(dòng)星系的能量來源，在現(xiàn)代宇宙中幾乎不存在(我們星系和其他星系中的黑洞是不活躍的)。這些趨勢(shì)與星系演化有關(guān)嗎?暗能量真的是這一切的根源嗎?處于支配地位
一些天文學(xué)家認(rèn)為，星系內(nèi)部的一些過程，如黑洞和超新星釋放能量，是導(dǎo)致星系和恒星停止的原因。但是現(xiàn)在暗能量被擺上了桌面，它似乎是所有這些的更基本的原因。主要的證據(jù)是，大多數(shù)星系和星系團(tuán)停止形成的同時(shí)，暗能量開始主宰宇宙。這兩種情況都發(fā)生在宇宙目前年齡的一半。
這個(gè)概念是這樣的:在宇宙歷史上的那個(gè)時(shí)候，物質(zhì)的密度非常高，所以星系之間的引力相互作用足以超越暗能量的影響，星系彼此靠近，相互作用和融合頻繁。當(dāng)星系中的氣體云相互碰撞時(shí)，新的恒星就誕生了;如果氣體在這些系統(tǒng)的中心。黑洞的成長(zhǎng)。隨著時(shí)間的推移，空間擴(kuò)大，物質(zhì)變薄，引力減弱，但暗能量的強(qiáng)度保持不變(或幾乎不變)。兩者很難保持穩(wěn)定的平衡，最終導(dǎo)致膨脹由減速向加速的轉(zhuǎn)變。其結(jié)果是，星系的結(jié)構(gòu)被撕裂，導(dǎo)致星系的合并比例逐漸下降，星系間氣體的下降更加困難。在星系。由于失去了食物，黑洞當(dāng)然平靜多了。
暗能量也可以解釋星系團(tuán)的演化。在宇宙的年齡還不到現(xiàn)在的一半之前，古老的星系團(tuán)就存在于那個(gè)時(shí)候，它們的總質(zhì)量與今天的星系團(tuán)相當(dāng)。也就是說，星系團(tuán)的質(zhì)量在過去的60億到80億年間并沒有增加。這種停滯意味著星系不再以宇宙一半的年齡聚集，這是暗能量在大尺度上影響星系相互作用的直接證據(jù)。天文學(xué)家早在上世紀(jì)90年代中期就知道，在過去的80億年里，星系團(tuán)并沒有增長(zhǎng)多少。他們把這些現(xiàn)象歸咎于宇宙中物質(zhì)的密度遠(yuǎn)低于理論估計(jì)的事實(shí)。暗能量解決了觀測(cè)和理論之間的矛盾。牽一發(fā)而動(dòng)全身
由暗能量主導(dǎo)宇宙的加速，是個(gè)合理的解答，它可以解釋星系族群里產(chǎn)生的所有已觀測(cè)到的變化，也就是星系合并的中斷和伴隨而來的必然后果，例如喪失形成恒星的活力，并終結(jié)星系形態(tài)的變換。假如沒有暗能量，星系合并的活動(dòng)可能會(huì)持續(xù)得更久些，那么今天的宇宙里將存在著更多由古老恒星所組成的大型星系。同樣，宇宙中低質(zhì)量系統(tǒng)的數(shù)目會(huì)更少，而像銀河系這樣的螺旋星系數(shù)量將會(huì)稀少許多（假設(shè)螺旋星系無法在合并過程中保存下來）。星系的大尺度結(jié)構(gòu)可能會(huì)束縛得更為緊密，而且會(huì)發(fā)生次數(shù)更多的結(jié)構(gòu)合并與吸積。
相反，如果暗能量的強(qiáng)度比現(xiàn)在更大，宇宙中的星系合并事件會(huì)減少，使大型星系與星系團(tuán)的數(shù)量更少。由于在時(shí)間的長(zhǎng)河里，星系間較少發(fā)生合并，星系團(tuán)的質(zhì)量將不會(huì)那么高，甚至不會(huì)有星系團(tuán)存在，因此螺旋星系與低質(zhì)量的不規(guī)則狀矮星系會(huì)變得更普遍。同時(shí)，恒星的形成數(shù)量可能比較少，使得宇宙里處于氣體狀態(tài)的重子質(zhì)量比例較高。
雖然這些過程似乎離我們相當(dāng)遙遠(yuǎn)，但星系的形成方式其實(shí)也影響我們的存在。只有恒星才能制造出比鋰重的元素，而那些重元素則是建構(gòu)類地行星與生命的必需材料。假如恒星形成率太低，就無法制造出夠豐富的這類元素，那么宇宙將不會(huì)有這么多行星，可能也就不會(huì)演化出生命。因此，暗能量可能對(duì)宇宙里許多不同且看似毫不相干的事物有著深遠(yuǎn)的效應(yīng)，甚至影響了地球的歷史細(xì)節(jié)。
暗能量當(dāng)然尚未完成它的工作。它看來似乎對(duì)生命有益：宇宙加速將可以避免天文學(xué)家不久之前還在擔(dān)憂的事情——宇宙最終會(huì)崩塌。但暗能量也帶來其他的風(fēng)險(xiǎn)，至少，它驅(qū)趕遙遠(yuǎn)的星系，使它們后退得太快而永遠(yuǎn)消失在我們的眼前，我們的星系和鄰居的周遭逐漸清空，把我們遺留在日益孤寂的島上；星系團(tuán)、星系甚至飄浮于星系際空間的恒星，終將遭禁錮于極有限的球狀區(qū)域，其重力可及的范圍將不超過它們本身的大小。
更糟的情況是，暗能量可能還在繼續(xù)演化。有些模型預(yù)測(cè)，如果暗能量隨著時(shí)間而成為永遠(yuǎn)牽制一切的力量，它將會(huì)撕裂像星系團(tuán)和星系這樣的重力束縛系統(tǒng)，最后，地球也會(huì)被扯離太陽(yáng)，地球上的萬事萬物都將一起被撕成碎片，甚至連原子也難逃毒手。曾一度躲在物質(zhì)背后的暗能量，終將執(zhí)行其最后的復(fù)仇。
（來源：東方資訊）
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