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“新视野号”勘测数据显示宇宙星系数量只有几千亿个

发布时间:2021-01-21 09:42 来源:新浪科技

  近日一项研究指出,对天空暗度的最新测量显示,宇宙星系数量或许只有几千亿个。

  天空的暗度测量能揭晓可见宇宙中星系的数量吗?目前,天文学家可以通过计算哈勃深场所看到的一切天体,然后乘以天空总面积,从而评估星系总数,但部分星系太微弱、太遥远,无法直接探测到。然而,尽管我们无法数清它们的数量,但它们发出的光却在宇宙中弥漫着微弱的光芒。

这张艺术家绘制的是美国宇航局“新视野号”宇宙飞船,它在太阳系外侧运行,图片背景是太阳和黄道光发光带,这是由于灰尘反射阳光引起的,通过穿越太阳系内部以及光污染,“新视野号”能够揭晓宇宙有多暗?图片右下角是银河系背景恒星。这张艺术家绘制的是美国宇航局“新视野号”宇宙飞船,它在太阳系外侧运行,图片背景是太阳和黄道光发光带,这是由于灰尘反射阳光引起的,通过穿越太阳系内部以及光污染,“新视野号”能够揭晓宇宙有多暗?图片右下角是银河系背景恒星。

  为了测量宇宙暗度,人造卫星必须排除太阳系内干扰因素以及光污染,而光污染是由灰尘反射阳光造成的,一组科学家利用美国宇航局“新视野号”任务对冥王星和柯伊伯带的最新观测结果,确定了宇宙光背景亮度,该结果为模糊的未知星系数量设定了上限,表明宇宙星系数量只有几千亿个,而不是之前认为的两万亿个。

  太空会变得多暗?如果你远离城市灯光,抬头看会发现星空确实很暗,在地球大气层之上,外层空间变得更暗,呈现漆黑的墨色,但即使在外层空间,太空也不是绝对黑暗的,宇宙从无数遥远的恒星和星系中释放出微光。

  对这种微弱背景光的最新测量结果显示,一些看不见的星系并不像之前理论研究认为的那么多,其数量仅有几千亿个,而不是之前报道的两万亿个。

  研究报告主要作者、美国太空望远镜科学研究所马尔茨·波兹曼说:“知道这个数字非常重要,这将揭晓宇宙中究竟有多少个星系?我们根本看不到来自两万亿个星系的光线。”

  较早期的评估数据是由美国宇航局哈勃太空望远镜的深空观测结果推断出来的,它依靠数学模型来估计有多少星系太小、太暗淡,哈勃望远镜可能无法探测到这样的星系。该研究团队得出的结论是,宇宙中90%星系超出了哈勃望远镜可见光探测范围,依据美国宇航局“新视野号”任务的测量结果,这项最新发现表明宇宙中实际存在的星系比之前预测的少很多。

  该研究报告作者、美国国家科学基金会NOIR实验室的托德·劳尔说:“将哈勃太空望远镜探测到的所有星系数量增加一倍,就是我们所看到的星系数量,但仅此而已,其数量远低于之前的预测数据。”

  该研究结果发布在1月13日召开的美国天文学会会议上,研究团队试图测量宇宙光学背景是可见光,这相当于揭晓更为人所知的宇宙微波背景——在恒星存在之前的大爆炸自身微弱余辉。

该图像呈现的是一种被称为“黄道光”的现象,在图中左下方,一个发光斑块向木星方向延伸至右上方,木星中图中中心左侧的明亮天体,黄道光是由太阳系内部微小尘埃(彗星和小行星的解体残骸)反射太阳光形成的,使用哈勃太空望远镜测量太阳黑暗程度会受到周围污染光的干扰。
该图像呈现的是一种被称为“黄道光”的现象,在图中左下方,一个发光斑块向木星方向延伸至右上方,木星中图中中心左侧的明亮天体,黄道光是由太阳系内部微小尘埃(彗星和小行星的解体残骸)反射太阳光形成的,使用哈勃太空望远镜测量太阳黑暗程度会受到周围污染光的干扰。

  波兹曼说:“虽然宇宙微波背景能揭晓大爆炸之后45万年的状况,但宇宙光学背景能告诉我们大爆炸之后形成的所有恒星总和,它限制了现已形成星系的总数,以及可能处于的位置。”

  尽管哈勃太空望远镜功能强大,但研究小组仍无法利用它进行观测,虽然它部署在太空中,但仍然环绕地球运行,并且受到光污染的干扰,毕竟太阳系内部充满解体小行星和彗星的微小尘埃颗粒,阳光反射在这些粒子上,产生一种叫做黄道光的辉光,即使是地面天文观测者也能观测到。

  为了摆脱黄道光的干扰,研究小组不得不使用脱离太阳系内部的探测器进行勘测分析,幸运的是,新视野号探测器能够提供冥王星和柯伊伯带天体Arrokoth的最新图像,因此完全可以用于勘测宇宙光背景亮度,该探测器距离地球40多亿英里,它所经历的星空区域比哈勃太空望远镜所能到达的最黑暗天空暗10倍。

  劳尔说:“此类测量非常困难,很多人已尝试了很长时间,新视野号为我们提供了一个新制高点,来测量宇宙光学背景,这是迄今任何探测器无法做到的。”

研究小组分析了新视野号勘测的现有图像,为了进一步梳理微弱的宇宙背景光,他们必须修正一些其他因素,例如:他们去除了预期存在的星系释放的光线,而这些星系太微弱,无法进行识别,最具挑战性的校正是去除星际尘埃反射到相机中的银河系恒星光线。

  剩余的信号虽然非常微弱,但仍然可以测量,波兹曼将它比作生活在远离城市灯光的偏远地区,晚上躺在卧室里,拉开窗帘,周边一片漆黑,如果1.6公里外一位邻居在家里打开冰箱寻找宵夜食物,而冰箱发生的光反射在卧室墙壁上,就会像新视野号探测到的宇宙光学背景一样明亮。

  那么剩余的辉光来自何处?在相对较近的宇宙区域,可能存在着大量矮星系,它们的存在是无法探测到的,或者星系周围的恒星漫射晕比预期更亮,很可能存在一群流浪行星散布在整个宇宙中,也许最有趣的是,可能有许多比理论所认为的更暗淡、更遥远星系,这将意味着迄今测量到的星系数量会迅速增多,恰好超过我们所能观测到的最微弱星系,就像海滩上的鹅卵石数量远大于较大石块数量。

  美国宇航局即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜可能有助于解开这一谜团,如果仅是由于个别星系光线微弱,该望远镜的深场观测应该能探测到它们。

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