科学家说银河系正在以每小时200万公里速度狂飙,是什么引力如此巨大?
自从人类观测水平的提高,科学家陆续发现了许多奇怪的天文现象。有一个美国的科学小组发现,银河系一直在以600千米/秒(换算成时速大概是200万千米)的速度向某个方向狂飙。那这到底是咋回事呢?
天体的移动我们都知道,地球绕着太阳公转,如果以太阳为参考系,地球的速度是29.79千米/秒。同样地,太阳其实只是银河系中微不足道的一小块,而是位于银河系的郊区。
科学家估算过银河系中类似于太阳这样的恒星有1500亿-4000亿颗。太阳绕着银河系的质心公转,由于暗物质的存在,这个公转速度大概是240千米/秒。
当然,银河系再往上还存在着更大的宇宙结构,这个宇宙结构被我们称为本星系群。在本星系群中存在着几十个类似于银河系这样的星系,其中仙女座星系是最大的,银河系第二大。
按照我们目前的观测来看,银河系和仙女座星系正在相互靠近。按照目前的理论,星系的形成很可能就是这样一点点合并出来的,所以,银河系和仙女座星系的相互靠近并没有什么特别的。科学家估算,在40亿年前后,银河系和仙女座星系会最终合并成一个大星系。
如果将仙女座星系作为参考系,那么银河系就正在以110千米/秒靠近仙女座星系,只是银河系不是走直线,而是螺旋线。当然,这里的110千米/秒还是远远小于600千米/秒,那为什么银河系会有如此大的速度,这还需要从更大的宇宙结构说起。
无论是地球绕着太阳转,还是太阳绕着银河系的质心转,或者是银河系和仙女座星系的合并,本质上都是引力在作祟。如果我们从更大的尺度来看银河系或者本星系群那还会是这样的吗?
比本星系群更大的宇宙结构是本超星系团,也被称为室女座超星系团。
巨引源科学家通过观测和对宇宙微波背景辐射的研究就发现,室女座超星系团正在朝着一个长蛇座的方向移动,这也连带着银河系、本星系群一起朝着长蛇座的方向移动。不仅如此,科学家还发现,有数百万个星系都朝着同那个方向在移动。这说明存在这一个巨大的引力源,这也被我们称为巨引源。
通过计算,科学家发现这个巨大的引力源位于拉尼亚凯亚超星系团的中心,距离银河系至少1.5亿光年,质量大概是(3 ~ 5.4)*10^16倍的太阳质量。
也就是说,室女座超星系团乃至银河系、太阳系、地球其实都在朝着巨引源运动,银河系的速度是600千米/秒。那会不会有朝一日,银河系到达巨引源呢?
答案是:不会。
大尺度与小尺度要了解这个问题之前,我们需要先对尺度有一定的了解。话说在1687年,牛顿发表了他的著作《自然哲学的数学原理》,其中他提出著名的万有引力定律,并且利用万有引力定律统一了天上和地球表面的物理学规律。
但是牛顿其实也遇到了一个很为难的问题,我们可以想象一下,如果宇宙中只有引力,那么宇宙势必会在引力的作用下向中心聚合,最后挤压在一起。可是我们并没观测到挤压的情况,那究竟是咋回事呢?
牛顿为了解决这个问题就提出,宇宙应该是无限大的,以至于没有中心,或者处处都是中心,这样就可以处处都引力平衡了。不过,后来随着广义相对论的提出,勒梅特,哈勃、伽莫夫等近代科学家的努力,我们知道,宇宙其实不是静止不动的,而是在膨胀的。
不仅如此,在1998年,两个科学小组发表了他们观测Ia型超新星的结果,这个结果表明宇宙正在加速膨胀。这意味着宇宙还存在着一种驱动宇宙膨胀的物质,这个物质被我们称为暗能量。
与此同时,科学家还发现,宇宙中还有其他的物质在提供引力,而我们没有办法观测到它们,这种物质被我们称为暗物质。
暗能量是目前宇宙的主导,提供的是斥力,已知物质和暗物质提供的是引力,因此,宇宙正在加速膨胀。
由于暗物质、已知物质和暗能量的存在,使得宇宙从小尺度上看是和大尺度上不同的。小尺度上看,引力是主导,而从大尺度上看,斥力占据主导。所谓的大尺度指的是直径为1亿光年的宇宙空间。
而巨引源距离银河系在1.5亿光年以上,这个距离已经超过了1亿光年的尺度,因此,在这个尺度下,斥力占据主导,因此,虽然银河系是朝着巨引源在运动,但由于宇宙空间的膨胀,银河系实际上是距离这个巨引源越来越远的。
我们的宇宙从来就不是静态的
此时此刻地球正在以30km/s的速度绕太阳公转。
此时此刻太阳系正在以220km/s的速度绕银河系中心公转。
此时此刻银河系所在的本星系群组成了一个半径5500万光年的室女座超星系团,所以银河系正在围绕室女座超星系团质量中心公转,不过由于仙女座星系与银河系的距离只有254万光年,空间膨胀的力量在这个尺度上还不是引力的对手,因此天文学家确定仙女座星系目前正在以300km/s的速度从侧面靠近银河系,37.5亿年后两个星系就会互相融合。
银河系与仙女座星系所在室女座超星系团不过是拉尼亚凯亚超星系团中的一部分而已,而拉尼亚凯亚超星系团正在前往“巨引源”的路上
直径5.2亿光年的拉尼亚凯亚超星系团里有10万个星系,天文学家在2亿光年外的矩尺座星系团中发现了一处巨大的引力异常,正是这种引力异常使得拉尼亚凯亚超星系团向其运动,目前银河系朝巨引源的运动速度是600km/s,预计需要1000亿年才能到达巨引源。
虽然天文学界对巨引源究竟是什么还没有一个定论,但现在已经有线索表明巨引源有可能是一个被银河系遮挡住的“正常的”超星系团。
2013年普朗克卫星测定的暗能量占比是68.3%,这意味着我们的宇宙将在暗能量的支配继续加速膨胀,这种膨胀还会撕裂大尺度上的天体系统结构,巨引源这种结构很可能在未来就会被撕裂进而不复存在。