根據(jù)現(xiàn)在的天文理論,宇宙大約誕生于138億年前,誕生之后一直就都在膨脹,現(xiàn)在能夠被人類觀測到的部分被叫作可觀測宇宙,它的直徑大約為930億光年。至于現(xiàn)在不能被人類觀測的宇宙,其直徑至少23萬億光年。
宇宙誕生之后,形成了大量的基本粒子,這些基本粒子就構成了已知宇宙中除暗物質(zhì)、暗能量外的萬物。由于氫元素僅包含一個質(zhì)子和一個電子,所以它是宇宙中最普遍的元素。氫元素在引力的作用下形成了宇宙中最基本的組成單元——恒星。
這些恒星聚而成團,就成形成了大大小小的星系。銀河系就是一個包含上千億顆恒星的星系,它的直徑在10萬光年以上。
宇宙中究竟有多少星系呢?
這雖然很難有準確的答案,但科學家依然有辦法給出一個大概的數(shù)據(jù)。
宇宙究竟有多大,我們雖然不知道,但能夠被人類觀測到的那部分宇宙的體積是確定的,而宇宙中物質(zhì)的密度也是可以測得的。根據(jù)威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)于2015年測得的數(shù)據(jù),宇宙中的質(zhì)能密度約為9.9×10^-27千克/立方米,極其空曠。如此一來,科學家就能知道可觀測宇宙中物質(zhì)的總質(zhì)量。
經(jīng)過科學家的估算,整個可觀測宇宙的物質(zhì)總量大約為3.4×10^54千克,這其中包括了普通物質(zhì)及暗物質(zhì)、暗能量。其中暗物質(zhì)和暗能量占了宇宙中物質(zhì)總量的95%,余下的5%才是普通物質(zhì)?,F(xiàn)在宇宙中能夠被人類直接觀察到的星系就是由普通物質(zhì)形成的恒星構成的。
星系有大有小,取其質(zhì)量的平均值,這樣就能估算出可觀測宇宙中大概有多少星系。
經(jīng)過計算,天文學家已經(jīng)確定宇宙中至少有2萬億個星系。
此外,天文觀測表明,宇宙中星系分布得比較均勻,如果我們用望遠鏡對準天空中某一區(qū)域拍個照,然后數(shù)一數(shù)照片中有多少個星系,再根據(jù)所拍攝區(qū)域占整個天空的比例,也能得知宇宙中大約有多少星系。
在2003年到2004年期間,哈勃望遠鏡用100多天的時間對準天空中一小塊區(qū)域進行拍照,合成了一張大約包含1萬個星系的天空照片——哈勃超深場(HUDF)。其中距離地球最遠的星系約有130億光年。而這一小片區(qū)域僅占全天空的1270萬分之一的面積。
哈勃望遠鏡在2012年的時候還拍攝了“哈勃極超深場(XDF)”,哈勃極超深場拍攝了約占全天3200萬分之一的區(qū)域,其中大約有5500個星系,其中部分星系距離地球有133.5億光年。
據(jù)此科學家推測,可觀測宇宙中的星系數(shù)量大約在1,000億到2,000億左右。受限于觀測能力,這一數(shù)據(jù)明顯低估了宇宙中的星系數(shù)量,僅為計算結(jié)果的1/10。
這么多星系,最大的星系究竟有多大呢?
天文觀測表明,現(xiàn)在人類發(fā)現(xiàn)的最大星系是位于阿貝爾2029星系團中的一個名為IC 1101 的星系。
該星系距離地球大約10.5億光年,其直徑長達400萬光年,是銀河系的20倍。由于體積巨大,該星系內(nèi)部最少包含100萬億顆恒星,恒星數(shù)量是銀河系的數(shù)百倍。
科學家猜測,IC 1101之所以如此巨大,可能是由多個星系碰撞合并形成,不然不可能這么大。其實銀河系在幾十億年后也會和仙女座星系合并,到時候新形成的星系內(nèi)部的恒星數(shù)量將達到1萬多億顆,不過這仍不足以與IC 1101匹敵。
已知最小的星系
除了質(zhì)量最大的星系,天文學家還在宇宙中發(fā)現(xiàn)了已知質(zhì)量最小的星系——賽格瑞2。
賽格瑞2(Segue2)星系是史隆數(shù)位巡天項目在2009年發(fā)現(xiàn)的,它是位于銀河系附近的一個衛(wèi)星星系(或者叫做矮星系)。大麥哲倫星系(或星云)和小麥哲倫星系也是銀河系附近的矮星系。
賽格瑞2距離地球約為11萬光年,直徑僅為220光年,內(nèi)部的恒星數(shù)量大約有1000顆左右。該星系的質(zhì)量僅是太陽質(zhì)量的55萬倍,宇宙中有些大型星系中心的黑洞的質(zhì)量都比它大很多。
實際上可能還有比這更小的星系,那些星系發(fā)出的光太暗淡了,以至于人類還沒有辦法發(fā)現(xiàn)。
總之,宇宙中的星系非常得多。如果要討論宇宙中有多少恒星,那數(shù)量恐怕比地球上的沙子還多。
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