观测|外媒：宇宙中到底有多少星系？
参考消息网3月17日报道阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网2月21日题为《太空大讨论：科学家讨论宇宙中到底有多少星系》的文章 ， 全文摘编如下：
在远离大城市灯光的地方抬头仰望夜空 ， 可以看到宇宙的壮丽 ， 数以百万计的恒星装点着我们的银河系 ， 而其他星系中还存在数以十亿计的恒星 。
这些“居住”在宇宙中的海量恒星聚集在不同的星系中 ， 这些星系是气体、尘埃和数以十亿计的恒星及其子星系的聚合体 ， 它们在引力的作用下聚集在一起 。
测算不易
正如我们知道有多少行星在围绕我们的太阳运行 ， 并且我们估算出了银河系中有多少个“太阳”一样 ， 科学家们提出的问题是：可见的宇宙部分中有多少个星系？数清它们似乎是一项不可能完成的艰巨任务 。 光有望远镜是不够的 。 需要空间望远镜和计算机计算相结合才能得出估算值 ， 而估算值也可能会受到质疑 。
【观测|外媒：宇宙中到底有多少星系？】在过去的20年里 ， 哈勃太空望远镜拍摄的非常深远的图像发现了无数光芒微弱的星系 ， 它们发出的光几乎无法到达我们的观测范围 。 这个可观测的宇宙部分总共包含大约1000亿个星系 。
1995年 ， 天文学家将哈勃太空望远镜对准了大熊座空旷的区域 ， 并收集了10天的观测数据 。 根据州立韦伯大学的数据 ， 仅在一张图像中估计就有3000个微光星系 。 这张合成图像被称为“哈勃深空场” ， 是当时宇宙中所能观测到的最远图像 。
在哈勃望远镜的仪器得到改进（得益于多项太空任务对其仪器进行了升级）后 ， 天文学家重复了两次这种实验 。 在2003年和2004年 ， 科学家们创造出了“哈勃超深空场” ， 通过一百万秒的曝光 ， 在天炉座的一个小点中发现了大约10000个星系 。 2012年 ， 科学家们再次使用改进后的仪器 ， 用哈勃望远镜观测了超深空场的一部分 。 即使在这个更狭窄的视野中 ， 天文学家也能够探测到大约5500个星系 。 研究人员将此称为“哈勃极深场” 。
“哈勃极深场”涵盖了距离我们最远达到120亿光年的星系 。 我们认为 ， 它们在大爆炸后不到20亿年时就存在了 。 然后 ， 天体物理学家计算了那个狭窄视野内的星系数量 ， 并将这个数字外推到整个宇宙 ， 前提是假设宇宙在各个方向上看上去都一样 ， 最终得到了1200亿这个数字 。 “但随着太空望远镜技术的进步 ， 这个数字可能会增加到2000亿左右 。 ”美国太空望远镜科学研究所的天体物理学家马里奥·利维奥说 。
不断演化
但在2016年 ， 由英国诺丁汉大学天体物理学教授克里斯托弗·孔塞利切领导的一个国际研究团队称 ， 星系数量的实际数字远大于此 ， 至少接近2万亿个 ， 这是之前所认为的20倍之多 。
孔塞利切在《天体物理学杂志》季刊上发表的论文中指出：“目前的天文技术使我们只能研究这些星系中的一小部分 ， 只有10%左右 。 这意味着我们宇宙中超过90%的星系尚未被发现 ， 只有在研制出更大更强的望远镜后才能看到它们 。 ”该季刊是世界领先的天文学研究杂志 ， 致力于刊载天文学和天体物理学的最新发展、发现和理论 。
这一成果对星系的形成研究有明显的影响 。 孔塞利切的研究成果是15年辛勤工作的结晶 。 他的团队对分布于世界各地的望远镜 ， 尤其是哈勃望远镜拍摄的深空场图像进行3D处理 ， 以计算一个又一个小块空间中星系的数量和密度 。 这项艰苦的研究使他能够计算出我们在计数时遗漏了多少星系 ， 就像一种“星际考古挖掘”一样 。
孔塞利切说：“这非常令人惊讶 ， 因为我们知道在138亿年的宇宙演化过程中 ， 星系一直在通过新恒星形成和与其他星系合并而增长 。 因此 ， 发现过去实际上曾有更多的星系 ， 意味着以前应该发生过星系的重大演化 ， 从而通过它们之间的广泛合并来减少至现在的数量 。 这也让我们验证了宇宙中自上而下的结构形成模式 。 ”
他补充说：“我们遗漏了绝大多数星系 ， 因为它们是如此微弱和遥远 。 宇宙中的星系数量是我们想知道的一个基本数字 ， 令人惊讶的是 ， 宇宙中超过90%的星系还没有被研究过 。 谁知道当我们用下一代望远镜研究这些星系时 ， 会发现哪些有趣的特性 。 这些未知星系可能将为许多相互突出的天体物理学问题提供破解线索 。 ”
找到方法
无论使用哪种仪器 ， 估算星系数量的方法都是相同的 。 先使用望远镜（尤其是哈勃望远镜）拍摄的太空的一部分 ， 再利用这一部分与整个宇宙之间的比例关系 ， 就可以估算出宇宙中的星系数量 ， 但前提是假设宇宙是均质的 ， 正如宇宙学原理所指出的那样 。
这一原理可以追溯到爱因斯坦的广义相对论 。 他指出引力是空间和时间的扭曲 。 基于这种理解 ， 许多科学家（包括爱因斯坦本人）试图了解引力如何影响整个宇宙 。
美国国家航空航天局（NASA）指出：“可以做出的最简单的假设是 ， 如果以足够差的视力水平观察宇宙包含的内容 ， 它在任何地方和各个方向上都会看上去几乎相同 。 也就是说 ， 在非常大的尺度上进行平均后 ， 宇宙中的物质是均匀分布和各向同性的 。 这被称为宇宙学原理 。 ”
宇宙学原理的一个例子是宇宙微波背景 ， 它是大爆炸后宇宙早期阶段的残余辐射 。 天文学家使用NASA的威尔金森微波各向异性探测器等仪器发现 ， 无论你看向哪里 ， 宇宙微波背景几乎都是相同的 。
通过对远离我们的星系的观测 ， 对宇宙膨胀的测量表明 ， 它大约有138.2亿年的历史 。 然而 ， 随着宇宙的老化和增长 ， 星系离地球越来越远 。 这使得它们更难在望远镜中被看到 。
宇宙的膨胀速度超过了光速 。 我们只能看到来自星系的光 ， 它们的光有足够的时间到达我们地球 ， 但这并不意味着整个宇宙都是这样 。 于是便有了可观测宇宙的定义 。
星系也会随着时间推移而变化 。 银河系正与附近的仙女座星系发生合并 ， 两者将在大约40亿年后合并 。 在那之后 ， 我们所在星系群中的其他星系 ， 即离我们最近的一些星系 ， 最终将合并并创造出一个看上去更暗的宇宙区域 。
目前 ， 研究人员只能直接观测到大约2万亿个星系中的10% 。 但今年 ， 当哈勃望远镜的继任者詹姆斯·韦布空间望远镜开始工作时 ， 这种情况可能将会改变 。 这台望远镜应该能够追溯更远的时间 ， 看看距离大爆炸最近的星系是如何开始形成的 。
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