天文学家的发现总会引发更多的谜题,而非对已有谜题进行解答。但就在去年,科学家们解开了10个已困扰他们多年的宇宙谜题。
10. 位于银河系中心的奇怪物体到底是什么?
很长一段时间以来,天文学家一直试图解释位于银河系中心的不明物体G2的本质。刚开始,他们认为G2只是一团不断向黑洞移动的氢气云。但G2却并不像受到黑洞引力的样子。因为如果受到黑洞的引力,G2将会发生巨大的爆炸,这将大大改变黑洞的构造。而G2却只是沿着轨道运行,并未发生大的改变。
来自加州大学洛杉矶分校(UCLA)的天文学家团队利用位于夏威夷的凯克天文台,最终解开了G2的谜团。通过自适应光学技术,望远镜能够还原由于地球大气层造成的空间失真,从而能够更清楚地看到黑洞附近的空间情况。
天文学家由此得知,G2是一颗由气体和尘埃包围着的巨大星体。这些气体和尘埃可能是它附近两颗双子星的合体造成的。黑洞的引力会导致这类双子星合体的发生,并最终导致黑洞附近更多与G2相似的双子星发生合体。这类合体星体将不断膨胀,直至一百万年后才可能停下来。
G2也正在经历这种意大利面式的膨胀过程,或者说,延伸化。这种情况于黑洞附近的大型物体来说比较常见。
9. 我们附近的矮星系中存在着形成星体必需的物质吗?
在一群受到重力束缚而形成的星系中,银河系是其中最大的星系。距离银河系最近的星系叫做矮椭球星系。天文学家猜想,就像银河系边缘1000光年外的矮不规则星系(不受银河系重力束缚)存在着能形成行星的条件,这些近前的矮星系中存不存在这些条件呢?这些遥远的矮星系含有大量的中性氢气体,正是这些气体促成了星体的形成。
运用敏感度较高的射电望远镜,天文学家发现这些围着银河系以特定轨道运行的矮星系中并不存在形成星体的氢气。这将归咎于银河系本身,更准确地说,环绕着银河系的热氢等离子光环才是罪魁祸首。当附近的矮星系绕着轨道而行时,因轨道速度而产生的压力撕裂了本应围绕着它们的中性氢气体,因此,这些星系才无法形成星体。
8. 实际上到底存在着多少暗物质呢?
根据最新对银河系形成的解释理论——兰姆达冷暗物质理论,我们原应凭肉眼也能看到银河系附近的几个较大的卫星星系。而事实上,我们看不到。
因此,西澳大利亚大学的天体物理学家Prajwal Kafle博士决定通过测量银河系暗物质的总量来找出原因。“星体、尘埃、你和我,所有我们能看到的东西只占了整个宇宙的4%”,他说,“暗物质占了大约25%,剩下的都是暗能量。”
利用一项1915年(当时并未发现暗物质)的技术,Kalfe通过详细研究银河系星系星体运行的速度来测量银河系暗物质的总量。他甚至还将银河系边缘算入计算范围。他计算得出,与之前天文学家估算的数量相比,银河系暗物质的总量要少50%。
基于Kafle的计量结果,兰姆达冷暗物质理论预言我们应该仅能以肉眼看见银河系附近的3个卫星星系,即小麦哲伦星云,大麦哲伦星云,以及人马矮星系。这与天文学家所见一致。Kafle博士解决了困扰天文学家近15年的谜团。
科学家还能测量出逃离银河系重力所需的速度,即550千米(350英里)每秒。这是火箭飞离地球所需速度的50倍。
7. 爆发星内部到底发生了什么?
利用无线电干涉测量技术(即结合来自几个不同射电望远镜的数据来得出更清晰的图片的技术),在2013年12月时,天文学家就能够观察恒星转变成新星的过程,即爆发中的恒星,也被称作爆发星。这就使得他们能够解决伽玛射线以及高能电磁辐射的产生之谜。
就如曼彻斯顿大学的Tim O’Brien所说,“当双星系统(即两颗彼此被对方引力控制而绕对方旋转的恒星系统)中伴星的气体落在白矮星表面,这时白矮星表面就会产生热核爆炸,并以几百万英里每小时的速度向太空喷发气体。这就是新星的发生过程。”
有时,恒星爆炸后会产生新星,然而这一爆炸过程是很难预测的。喷射出的物质很快便蔓延到整个恒星的运行轨道平面。不一会儿,一阵更为快速的粒子流从白矮星射出,并与缓慢移动的物质相碰撞。结果却使得粒子流速度变得更快,这便产生了伽玛射线。
6. 为什么月球背面没有“脸”?
1959年,苏联的宇宙飞船“月球3号”首次向世人展示了月球背面的图像。当时天文学家们就对月球背面的高地情况产生了疑惑。没有人能解释为什么月球的背面与面向地球的这一面差别如此之大。
月球背面布满了环形山。与面向地球这一面相比,月球背面并不存在一些暗斑(这些暗斑由大片的玄武岩形成)。正是由于这些暗斑,才造成了月球表面的“人脸”。
宾州州立大学的天体物理学家们相信他们已经解答了这一谜题。月球背面暗斑的缺失证明了月球背面存在着一层厚厚的铝和钙的沉积物。
某理论提出,地球形成初期,曾有一块火星大小的行星撞击了地球。这次的撞击物喷射到太空并最终形成了月球。地月之间的潮汐作用使得总是月球的同一面面向炽热的地球。因此,月球面向地球的这一面总是保持着热度,而背面却冷却了下来。这就使得月球背面形成了厚厚的外壳。
这些宾州州立大学的天体物理学家还认为正是这一坚硬的外壳妨碍了玄武岩的岩浆流出表面。当流星撞击月球时,它们能够将面朝地球的这一面的表面撞破,使岩浆流出来,而这便形成了构成“人脸”的暗斑。
但麻省理工学院的研究者却从NASA“圣杯”计划提供的新信息中得出了新的结论。他们认为月球上的“人脸”有可能是由月球内部的岩浆造成,而非行星撞击。然而,这些研究者并不能确定这些岩浆如何产生。他们需要更多的信息来证实自己的理论。
5. 那些太空中的光线到底是什么?
如果天气晴朗,你会抬头看到夜空繁星满天。若用望远镜观察,你还能看到行星、星云和各个星系。但如果用X射线探测器看的话,你会看到满天明亮的X射线,这就是天文学上的弥漫X射线背景。
50多年来,这些光线的来源成谜。学界对此有3种猜测。一是它们的射源可能在太阳系以外;二是它们可能来自局部炽热的气泡;三是它们可能产生自太阳系内部。研究人员发射了一个火箭以测量弥漫X射线辐射,并解决了这一谜题。
这些X射线辐射大多来自离地球几百光年外的炽热气泡,其余(少于40%)辐射则来自太阳系内部,离地球只有几个天文单位远。这些炽热的气泡可由恒星风和超新星爆炸产生,后者的发生会在太空形成巨大的黑洞。如果另一颗超新星爆炸于这些洞中,这些就能发出X射线的炽热气体可能会形成气泡。
当太阳风,即来自太阳内部带电粒子流,撞击中性氢和氦时,太阳系内部也能向外发射X射线。直到天文学家可以解释这些天空中的光线时,迈阿密大学的Massimiliano Galeazzi这样总结,“这就像夜晚漫步天际并看到这些光,但却不知道这些光是射自10码外还是1000英里外。”
现在,我们终于知道这些光的射源不仅近在咫尺还远在天边。
4. “七姊妹”星团到地球的实际距离到底有多远?
昴宿星团,也叫“七姊妹”星团,是金牛座的一个著名星团。天文学家以此星团为样本,研究上百颗近一亿岁的年轻恒星。他们通过研究昴宿星团来解释星团的形成,并以昴宿星团的距地距离为基准线,以测量其他星团到地球之间的距离。
刚开始,天文学家们以为昴宿星团离地距离约为430光年。但之后,能精准测量上千恒星的欧洲依巴谷卫星计算出两者距离实为390光年。“两个数字之间虽说差别不大,但对昴宿星团恒星的物理特性来说,这个差别可能颠覆我们对恒星形成和进化的一般性理解。”加利福尼业大学的Carl Mellis解释说。
通过射电望远镜的网络,天文学家运用视差技术(即科学家从地球绕太阳运行轨道的远近两侧来观察昴宿星团的方向变化)测量了地球到昴宿星团的距离。新得出的距离是443光年,误差在1%以内。这说明了依巴谷卫星测量结果有误,并引起了人们对依巴谷卫星测量出的其他118,000颗恒星距地距离的怀疑。
3. 银河系邻近地区到底有多大?
以灵敏度较高的射电望远镜所规定的超星系团的边界划分,天文学家发现我们所处的银河系隶属于最近才被定义的超大超星团系“拉尼亚凯亚”(Laniakea,夏威夷语,意为“庞大的天堂”)。以此为名是为了纪念一群以天空为导向、穿越了太平洋的波利尼西亚航海家。
囊括10万星系在内,拉尼亚凯亚超星系团直径为5亿光年,质量是太阳的10 17倍。而银河系处在拉尼亚凯亚的边缘。天文学家也对巨引源(the Great Attractor),即银河系星际空间内的重力的焦点有了更多的认识。巨引源对本星系群具有内聚吸引力,并对其他星系团产生影响。
“我们终于确定了我们能够称之为家的超星系团的轮廓,”夏威夷大学的R. Brent Tully说,“这就像第一次发现你的家乡其实位于一个更大的、毗邻他国的国家感觉一样。”
2. 等待着地球的厄运是什么?
天文学家们正在从事着类似于天文考古的工作,即研究主星消亡后的行星废墟。最初的发现表明,地球将面临厄运。
一切始于一项意在解决死亡的白矮星污染之谜的任务。白矮星的大气层本应只含纯氢或纯氦,但却经常被重元素碳、铁和硅所污染。
最初,科学家们相信恒星内部的元素由于极端辐射而渗出了星球表面。但是,当运用功能强大的望远镜来进行深入研究时,天文学家们却在白矮星的大气层中发现碳、磷、硅和硫等元素。这些大气受到污染的恒星与平常的恒星相比,硅碳比更高。事实上,这个比率与岩石行星的硅碳比相同。
“我们20 多年来一直在试图解决这些恒星的构成之谜,”莱斯特大学的教授Martin Barstow说,“了解到它们正在吞没行星系残余这一点,让人感到兴奋不已,或许这就像我们一样。”
所以这就是等待着地球的厄运。从今往后的数十亿年时间里,我们的星球不过会变成太阳残骸中的一点岩石污染而已。
1. 银河系的结局是什么?
通过解决关于星系如何演变之谜,研究人员还对银河系的命运有了更多的理解。他们知道了一些星系的演化会受其中心的特大质量黑洞的影响,而在银河系中心也存在着这样一个黑洞。这些黑洞将这些受其影响的星系中几乎所有冷气体全都驱逐了。没有足够的冷气体,这些星系就不能形成新的恒星。
氢气分子云的流出虽然也属星系演化理论的一部分,但研究人员对这些流出的气体如何加速感到迷惑不解。当使用先进的望远镜来研究邻近星系 IC5063后,科学家们发现从中央黑洞喷射出的高能电子流,加速了氢气分子云的外流。
这也透露了银河系的最终结果:在大约 50 亿年后银河系将与其邻近的仙女座相撞。两个星系碰撞时,气体会积聚在星系中心,为特大质量黑洞提供动力。这将形成电子流的喷射,从而将残留在星系中的气体全部驱逐出去。当发生这种情况时,合并的星系将无法形成新的恒星。
一切仅仅都是幻觉吗?
我们自认对宇宙很了解。但美国能源部的费米国家加速器实验室的科学家们正在进行一个叫“Holometer”的激光实验,看看我们是否真的生活在全息图中。这意味着我们的三维世界仅仅是一种错觉,一切其实只是二维影像。
就像电视节目中的人物相信他们生活在一个三维的世界,但其实他们困于二维屏幕上一样。科学家们认为,如同电视屏幕上的像素装载着数据点一样,宇宙中的信息也装载于类似的数据包中。当你站得离电视较近时,你可以看到屏幕上单个的像素。但当你远离电视机时,所有像素就形成了图像。
说不定我们的世界也如此,而我们的“像素”空间面积比原子还小约 10 12倍。“我们想要证实时空是否就像物质的量子系统,”费米实验室的Craig Hogan说,“如果我们看到某物,它将完全改变我们几千年以来的空间概念。”
当这一刻来临,或许整个世界也将因此深陷困扰。
