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    望遠鏡揭示:宇宙星系數(shù)或不止1萬億個
    2022-07-15 09:30:39 來源: 上觀新聞 編輯:

    美國航天局(NASA)7月12日發(fā)布了詹姆斯·韋布空間望遠鏡拍攝的多張全彩宇宙圖像及光譜圖,此前一天,美國總統(tǒng)拜登公布了首張由韋布空間望遠鏡拍攝的全彩宇宙深空圖像。這些深邃的宇宙影像,立即引起了全球天文學家和科學愛好者的關注。

    特別是首張圖像,它包含了上千個星系,但它所覆蓋的天區(qū)其實很狹小,僅相當于你展開手臂,觀察手指上的一粒沙子。這粒沙子般大小的天區(qū),竟包含上千個類似銀河系的星系,那么整個宇宙有多少星系呢?雖然沒有準確答案,但天文學家推測,很可能遠不止1萬億個。

    韋布四大科學目標令人振奮

    作為哈勃空間望遠鏡的繼任者,韋布空間望遠鏡于去年12月25日發(fā)射升空。它的科學目標主要有4個,都令科學界為之振奮。

    首要目標是尋找宇宙演化史上的第一縷星光,探測第一代星系和恒星。“很多天文學家認為,宇宙大爆炸后1億年至2億年間,第一代星系和恒星就誕生了。是不是這樣?恒星和星系是不是同時形成的?韋布空間望遠鏡有望告訴我們答案。”上海天文館網(wǎng)絡科普部部長、上海市天文學會副秘書長施韡說。

    韋布空間望遠鏡的另外三大科學目標,分別是研究星系演化、研究恒星演化和行星形成、探測系外行星大氣和地外生命。

    施韡解釋說,星系是如何演化的這個問題,天文學家有不同觀點,韋布拍攝到的星系早期紅外圖像,有望為這場科學爭議提供權(quán)威答案。早期恒星可能尚未發(fā)生核聚變,呈現(xiàn)“原恒星”狀態(tài)。其溫度比較低,只有1000—2000℃,也適合韋布觀測。

    太陽系外的哪些行星可能存在生命?這個公眾關注度很高的問題,或許韋布將提供重要線索。它能探測系外行星大氣的譜線,分析大氣中水、二氧化碳等成分的含量,從而找到宜居行星,甚至發(fā)現(xiàn)地外生命的跡象。

    試圖捕獲宇宙中“第一縷星光”

    韋布空間望遠鏡之所以能捕獲近140億年前(宇宙大爆炸后1億年至2億年間)的星光,是因為它的觀測能力十分強大。其有效直徑達到6.5米,由18個六邊形的凹面鏡組成,收集光線的面積是哈勃空間望遠鏡的2.7倍。而且與哈勃空間望遠鏡的可見光與紫外波段觀測不同,韋布空間望遠鏡以紅外波段觀測為主,與宇宙中的“第一縷星光”性質(zhì)吻合。

    第一代星系和恒星為何發(fā)出的是紅外波段星光?這要從“宇宙學紅移”說起。這個現(xiàn)象是美國天文學家哈勃發(fā)現(xiàn)的,指遠離我們的星系所發(fā)出光的光譜會向紅色一端移動,其原因是光的宇宙膨脹和多普勒效應。

    第一代星系和恒星發(fā)出的光,其峰值在紫外波段,但經(jīng)過上百億年的星際旅行,這些星光進入了近紅外甚至中紅外波段,因此作為一個擁有“遠大理想”的韋布望遠鏡選擇在紅外波段工作。

    宇宙星系數(shù)或不止1萬億個

    最近公布的韋布空間望遠鏡“處女秀”圖像,捕捉到了距離我們130億光年的星系。它們發(fā)出的光,在經(jīng)歷130億年后才到達太陽系,揭示了宇宙演化早期的秘密。施韡介紹,這幅圖像中央呈白色橢球狀是星系團SMACS 0723,距離我們46億光年,它正好位于地球和130億光年外的星系中間,構(gòu)成了“三點一線”。由于星系團巨大的質(zhì)量產(chǎn)生引力透鏡效應,原本被星系團SMACS 0723擋住的星系光芒因扭曲、變亮,被韋布空間望遠鏡捕獲。

    引力透鏡效應是廣義相對論預言的一種現(xiàn)象。由于時空在大質(zhì)量天體附近會發(fā)生畸變,光線經(jīng)過大質(zhì)量天體附近時發(fā)生彎曲。如果在觀測者到光源的直線上有一個大質(zhì)量的天體,則觀測者會看到由于光線彎曲而形成的一個或多個像,這種現(xiàn)象因形如凸透鏡的觀察效果,被稱為引力透鏡效應。

    在這幅只有一粒沙子大小的天區(qū)深空圖像中,韋布空間望遠鏡依靠其巨大的聚光能力,拍攝到了上千個星系。天文學家曾根據(jù)哈勃空間望遠鏡拍攝到的某個天區(qū)星系數(shù)量,推測宇宙約有1萬億個星系。作為下一代旗艦望遠鏡,韋布不僅看得更多,而且看得更遠,揭示出宇宙的星系數(shù)量很可能不止1萬億個,說不定還要增加一個數(shù)量級。

    施韡算了“一筆賬”:如果宇宙有10萬億個(10的13次方)星系,而保守估算,平均每個星系有1000億—2000億顆(10的11次方)恒星,那么宇宙中的恒星數(shù)量高達2億億億顆(10的24次方)。由此可見,宇宙是多么浩瀚無垠!

    關鍵詞: 宇宙星系數(shù) 宇宙星系 韋布望遠鏡 韋布四大科學目標

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