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第24章 宇宙中究竟有多少星系?

大家感兴趣的一个问题是:不管是成对的星系,还是成群、成团的星系,宇宙间究竟有多少星系?

你知道现在人类已知的星系有哪些呢?

这是个很难回答得准确的问题。说实在的,天文学家们对这个问题也很感兴趣。星系的计数工作可以说在上世纪初就已开始。

1934年,美国天文学家哈勃研究星系的分布时,已经观测到的星系在4400个以上。现在已经知道的亮于20星等的星系至少已有2000万个。换句话说,在不大的一块天区内,平均分布着100多个星系。

据估计,如果观测到23星等星系,星系的总数可能超过10亿个,比现在已经知道的数量还大50倍。即在满月那么大的天区内,得平均“挤”进5000个星系。但这仅仅是估计,宇宙中究竟有多少星系还有待科学家的进一步证实。

1.最大的恒星系

星系是由几十亿至数千亿颗恒星和星际物质构成,占据几千乃至数十万秒差距空间的天体系统。它们都是一个个极其庞大的“星城”,例如银河系就是太阳系所在的一个星系。广袤无限的宇宙空间中,星系的数目极多,现在估计在2000亿以上,比银河系中的恒星还多!

与太阳是恒星世界中的“普通一兵”相仿,银河系在星系中也没有什么特殊地位。比银河系小的星系固然不少,但比银河系更大的星系亦比比皆是。1974年发现的最大星系,是一个发出很强电辐射的3C236,它位于小狮座方向,其直径达5800千秒差距,是银河系(依银晕计,下同)的190倍。1980年联邦德国的天文学家报告说,发现了比3C236更大的星系——3C345,其直径达23900千秒差距。尽管它离地球远至1500百万秒差距,但看起来它的角直径仍有1°,为月球的2倍。如果把银河系比作一个直径20厘米的铁饼,那么3C236就相当于一个直径38米的大水池,而3C345就可与一座万人体育馆相当。

星系中最小的是位于天龙座方向的天龙星系,它是银河系的一个近邻,距离只有67千秒差距。据天文学家测定,其直径为0.3千秒差距,只是大的球状星体的20倍而已。按上述的比例,天龙星系只是一颗2毫米大小的绿豆。它的质量仅10SM⊙,只相当于银河系质量的百万分之一,所以这也是现知的质量最小的星系。要不是距离近,可能到今天还发现不了它呢!

2.质量最大和亮度最大的星系

就质量而言,以前认为NGC2885名列前茅,它的可见部分就有2×1012M,相当于银河系质量的14倍,但现在人们却把桂冠赠给了位于室女座内的M87(MGC4486)。这个星系非同一般,用不同观测手段测定的大小各不相同:在射电望远镜中,其直径不过70千秒差距,比银河系大不了多少,但用光学观测,它陡长到200千秒差距,几乎是前者的3倍!而从接收到的X射线分析,它的直径竟是245千秒差距,足足是银河系的10倍,M87的质量为2.7×1013M⊙。若把M87比作地球,那银河系的质量仅是半个月球。M87内部很不平静,它大规模地从中心抛出物质——抛出的东西足以组成一个小星系。所以,M87中心可能存在着一个巨大的黑洞。1990年,科学家在阿贝尔2029星系团的中央,发现了一个直径比银河系大60倍、达600万光年的星系,其中恒星多达100万亿个,质量比M87还大三四倍。

光度最亮的星系原为一对“并列冠军”——后发座中的NGC4874和NGC4889,它们的绝对星等均为—22等。但1980年人们发现NGCl961的光度为3.7×10111L⊙,大约相当于绝对星等为NGC1961-23.6等,因而刷新了纪录。如果谁有神通把NGCl961搬到离太阳10秒差距的地方,这虽然仍然比织女星和牛郎星远,可是它的光将比中秋明月强2500倍。如果这样,地球上将不会再有黑夜。最暗的星系在摩羯方向,其绝对星等仅为—6.5等,光度相当于35000L⊙,或者说一个星系发的光仅与参宿四(猎户αO)一颗恒星相当。

从能量爆发规模看,星系的能量爆发显然又比超新星厉害得多了。例如M82(NGC3034)大约在150万年前发生过一NGC3034次惊天动地的大爆发,它以1000千米/秒的速度连续抛出了大约106M⊙的物质,仅这些动能便达1048焦耳,相当于银河系1万年所发出的能量的总和。

3.最近的星系

星系分布遍及宇宙各个角落,过去人们一直认为最近的星系是大麦哲伦星云(LMC),其距离为51.8千秒差距,这只不过是银河系直径的2倍。但在1975年天文学家发现,在与银心相反的方向,有一个很小的小星系,它离开太阳的距离仅只16.8千秒差距,即比太阳到银河系另一边缘的距离还近5千秒差距。对于星系而言,这可算作近在咫尺了,因而人们一致称它为比邻星系。比邻星系也属最小的星系之一,其质量还不到106M⊙。哪个星系距离最远呢?这很不好回答,因为越是遥远的星系,测得的结果的误差也就越大,何况能看到“最远”的距离也是随着仪器、技术的发展而逐步延伸的。就肉眼而言,可见的最远的星系是M31仙女系,它的距离几经修正,现在认为是670千秒差距或相当于220万光年。换句话说,人们今天收到的仙女星系的光,当它刚离开仙女星系时,地球上人类才刚刚诞生呢!1980年,人们认为最远的星系是3C324,其距离为100亿光年。但这个纪录几乎每年都会被刷新。1996年美国天文学家在室女座方向发现了一个极暗的星系,据测距离为140亿光年,比以前所称的“最远星系”还远2亿光年,这样大的距离实在难以想象,即使把比邻星和我们的距离缩短到一掌之隔(约10厘米),那么这个年轻星系仍在355000千米的远处,这仅比月球的距离小20000多千米!