人类先是认定地球是宇宙的中心,后来又相信太阳就是中心。再后来银河系被发现,科学家一度认为它就是宇宙的全貌。
时至今日,人类的视野虽然更大了,但是对银河系的了解,似乎才刚刚开始。
在银河系中心发现的神秘细丝,多年来天文学家就一直搞不清楚它们究竟是什么。直到去年,新的研究才有所突破。
细丝指向了银心黑洞
位于人马座A*,也就是银心黑洞的区域,还在上世纪80年代,美国西北大学的研究人员,在这片区域内就发现了一些奇怪的东西。
它们像是一堆由细丝构成的丝状物,以一种非常奇怪的姿态悬挂在银心黑洞的附近。好比上了年纪的人患有飞蚊症,眼球上有黑色的丝状物在漂浮。
去年,研究人员在原来的区域又有了新的发现,丝状物变得更多,但相对于30多年前的情况,新的细丝看起来要短一些。
研究人员说,这些细丝要么水平排列要么纵向排列,看起来就像自行车轮子上的辐条,由中心区域向四周围扩散。
经过对比,研究人员还进一步发现了这些细丝间存在的差距。
一种细丝的长度达到了150光年,它们以垂直的方式扫过并横亘在银河系。而那种看起来是水平方向的细丝,它们的长度则要短很多,只分布在银心黑洞的一侧区域。
用研究人员的话来形容,那些短小的细丝就像破折号,又像摩斯电码里的点。可不管它们的形状像什么,研究人员都认为这些细丝似乎跟身边的黑洞有关。
多年研究银心区域细丝的科学家认为,这东西应该貌似跟黑洞的流出有关。而且水平方向的细丝,科学家估计其历史超过了600万年。可这些东西究竟是什么,起源又是哪里,还是让研究者很费解。
如果把银河系看作是一个平面,垂直和平行方向的细丝,其纵向部分都指向了银心的区域。此外,水平的细丝似乎还能发出热辐射,垂直细丝的中间区域,还有接近光速运动的粒子。
水平细丝的平均长度最多只有10光年,研究人员相信它加速了分子云中的热物质。2022年,研究细丝的科学家系统分析了细丝的规模,其中做好标识的垂直细丝近1000根。
它们不但相比于水平细丝长,而且也是成双成对出现的,看起来就像竖琴上的琴弦一样。
虽然一直在发现和分析,但对这些细丝的了解还是充满了未知。最新给出的一个推测性观点是,这种细丝可能是几百万年前某种活动的流出物。流出的物质与周围的物体相互作用,最终产生了这个结果。
而且由于细丝紧靠在银心黑洞的旁边,所以科学家相信这跟黑洞有某种关联。但截止到目前,即便是对其研究了多年的科学家,新的解释机制乃至原理,还是没有构筑起来。
其实,不光是这些神秘的细丝,就连银心黑洞多年来科学家对其也是所知不多。
唯一的一张照片
2022年,经过多年的研究,科学家才给银心黑洞拍了一张照片,而且是唯一的一张照片。
对银河系的了解,实际上就是对恒星系统轨道运转的了解。毕竟在很长的一段时间里,人类的观念从地心说转向日心说,一度认定太阳就是恒定不动的。
可对银河系了解越是深入,科学家就越是发现,类似太阳这样的恒星系统,似乎也是在绕着银河系的中心区域做轨道运动。那就意味着,在银河系的中心区域,存在一个致密和质量很大的天体。
只不过在此之前,科学家并没有想到这个天体就是黑洞。虽然后来猜测中间可能存在一个黑洞,可只有猜测并没有任何实证,这似乎不具备说服力。
可话又说回来,黑洞本身并不发光,而且还会把所有的光都吞噬掉,从视觉的角度出发,根本没法看到它的存在,好在科学家们很快就找到了办法。
在它的周围,有一圈发光的气体,这圈里亮环在绕转,中间环绕的部分是阴影和黑暗的,这可证明黑洞确实存在于该区域。
有了这个前提,给银心黑洞拍一张照片就有了可能。但是,一台天文望远镜肯定是不够的,为此,国内外的科研团队让8台天文望远镜联动工作。
它们分布在全世界的六处地点,同时工作后,相当于整个地球成了一台巨大的望远镜。观测持续了几个晚上,光是采集的数据就有几个小时的规模。
最终,一个看起来像是甜甜圈的东西出现在了世人面前。周围有亮环中间是阴影,看起来它是那么的平平无奇。而且某种意义上来说,我们看到的是它周围的光,它本身是被衬托在中间的。
那些亮光在其强大的引力作用下变得弯曲,毕竟它的质量超过太阳400万倍,在大力出奇迹的作用下,黑洞周围的物质包括气体,以光速绕其旋转。而且仅仅几分钟的时间,就能绕行其一圈。
这样一来在拍摄照片的过程中,黑洞周围的一切在快速发生着变化,要想清晰捕捉图像就非常难,所以最终呈现出来的照片结果,其实是从海量数据中筛选出来的平均效果。
为了这张照片,集合的科研人员超过了300人,复杂的工具专门用来处理图像和数据资料,前后共用了5年时间才得到了最后的结果。
虽然耗费时日,但参与这项工作的科学家们都惊叹,当年爱因斯坦广义相对论中预测的结果,跟黑洞呈现出来的状态是完全一样的。当然,爱因斯坦活着的时候,对于黑洞是否存在也是模棱两可的。
到后来,罗杰彭罗斯才证明了黑洞的生成和存在,并且提出在黑洞的中心位置有一个奇点。在这里,世间万物的一切法则都不复存在。
引力统治着世界
虽然对黑洞的理解是从20世纪开始的,但早在18世纪,科学家们对于天体就提出过一个模糊的概念,宇宙中存在一种暗星,它是致密的,光也没有办法脱离其引力,所以它们在宇宙里不可见。这一概念在彼时虽然很模糊,但也预见了黑洞的存在。
到了20世纪初,科学界围绕众多理论引来了大的发展。尤其是爱因斯坦的广义相对论,从事实根源孕育出了黑洞。空间和时间的概念都被颠覆,引力在最大的尺度上塑造了宇宙。
不管是天体还是地球上的动物,自然也包括我们在内,都被引力轻松掌控着。引力让大量的恒星从星际云中诞生,最终又会在引力的坍缩下消失。在这一过程中,引力塑造了空间的形状,并且又使得极大质量的聚集形成了黑洞。
黑洞表现出来的大质量和致密性,本身就是由引力塑造的。在这个过程中,空间弯曲变形,时间都会变慢。一切事件视界环绕着黑洞,它自己隐藏在自己的视界之内。而且黑洞的质量越大,黑洞和视界也就变得更大。
看不见黑洞,但是天体能感受它的存在,它控制了恒星的运行。就像银心黑洞,早年科学家想利用各种技术,以便证明银河系中心区域是看得见的。可随着研究的越发深入,唯一能解释这片区域的,除了黑洞再无其他。
根据半个多世纪以来的猜想和研究,类似银河系中心的黑洞,别的大型星系中也都存在。当然,现在的科学水平,只能从理论上推导出它们的存在,但最初它们是如何形成的,目前没有人能解释清楚。
群星闪耀的背后,却是有看不见的黑洞在牵引着,数千亿计的天体,都“臣服”在它强大的引力之内。所以说,引力在统治着宇宙,统治着世界。
黑洞在银河系的中心,可能由其制造出来的细丝是如此的神秘莫测,那么从黑洞的中心区域向外扩展,整个银河系的边界又在哪里呢?
银河系的大小和直径
日常所说到的银河系直径,通常是指其亮度最高的区域,这部分被称为恒星盘。
我们经常调侃,太阳和地球位于银河系郊区,可事实上我们也处在恒星盘区域内。整个恒星盘,它的宽度在12万光年左右。
但这并非银河系全貌,在这一区域外还有气体盘,它是由巨大暗物质光晕包裹着的圆盘,而且其延伸范围相当远。可因为暗物质组成的光晕不发光,长期以来要推测银河系真正的直径很难。
2020年,一项新的研究测算出了银河系的直径为190万光年。科学家采取的新办法,是从附近的星系确定银河系的边界。
大型计算机模拟了星系的生成和存在方式,而后科研人员又模拟了银河系和邻近星系并存的情况。
模拟结果显示,当接近暗晕边缘区域之外的地方,绕着银河系运动的小星系天体,运行的速度会显著下降。这意味着银心引力对边界地带的天体影响,已经达到了极限。
根据这一结果,科研人员测算出,从银心区域向外扩展至95万光年的地方,这里就是银河系的边界地带,因此银河系的直径则有190万光年。
结语
从银心到边缘地带,中心区域的黑洞,对这一切施加着强大的引力。而且在银河系的周边地带,还能影响到别的小星系的运行。
宇宙的奥妙,就隐藏在这些天体的运行之中。虽然还有很多东西,人类迄今也无法解释,但是探索的脚步不会停止,就像整个银河系都在运行一样,我们人类的思维也是如此。
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