10個最近才水落石出的宇宙謎題

天文學家的發現總會引發更多的謎題,而非對已有謎題進行解答。但就在去年,科學家們解開了10個已困擾他們多年的宇宙謎題。

10. 位於銀河系中心的奇怪物體到底是什麼?

很長一段時間以來,天文學家一直試圖解釋位於銀河系中心的不明物體G2的本質。剛開始,他們認為G2隻是一團不斷向黑洞移動的氫氣雲。但G2卻並不像受到黑洞引力的樣子。因為如果受到黑洞的引力,G2將會發生巨大的爆炸,這將大大改變黑洞的構造。而G2卻只是沿著軌道運行,並未發生大的改變。

來自加州大學洛杉磯分校(UCLA)的天文學家團隊利用位於夏威夷的凱克天文台,最終解開了G2的謎團。通過自適應光學技術,望遠鏡能夠還原由於地球大氣層造成的空間失真,從而能夠更清楚地看到黑洞附近的空間情況。

天文學家由此得知,G2是一顆由氣體和塵埃包圍著的巨大星體。這些氣體和塵埃可能是它附近兩顆雙子星的合體造成的。黑洞的引力會導致這類雙子星合體的發生,並最終導致黑洞附近更多與G2相似的雙子星發生合體。這類合體星體將不斷膨脹,直至一百萬年後才可能停下來。

G2也正在經歷這種義大利面式的膨脹過程,或者說,延伸化。這種情況於黑洞附近的大型物體來說比較常見。

9. 我們附近的矮星系中存在著形成星體必需的物質嗎?

在一群受到重力束縛而形成的星系中,銀河系是其中最大的星系。距離銀河系最近的星系叫做矮橢球星系。天文學家猜想,就像銀河系邊緣1000光年外的矮不規則星系(不受銀河系重力束縛)存在著能形成行星的條件,這些近前的矮星系中存不存在這些條件呢?這些遙遠的矮星系含有大量的中性氫氣體,正是這些氣體促成了星體的形成。

運用敏感度較高的射電望遠鏡,天文學家發現這些圍著銀河系以特定軌道運行的矮星系中並不存在形成星體的氫氣。這將歸咎於銀河系本身,更準確地說,環繞著銀河系的熱氫等離子光環才是罪魁禍首。當附近的矮星系繞著軌道而行時,因軌道速度而產生的壓力撕裂了本應圍繞著它們的中性氫氣體,因此,這些星系才無法形成星體。

8. 實際上到底存在著多少暗物質呢?

根據最新對銀河系形成的解釋理論——蘭姆達冷暗物質理論,我們原應憑肉眼也能看到銀河系附近的幾個較大的衛星星系。而事實上,我們看不到。

因此,西澳大利亞大學的天體物理學家Prajwal Kafle博士決定通過測量銀河系暗物質的總量來找出原因。「星體、塵埃、你和我,所有我們能看到的東西只佔了整個宇宙的4%」,他說,「暗物質佔了大約25%,剩下的都是暗能量。」

利用一項1915年(當時並未發現暗物質)的技術,Kalfe通過詳細研究銀河系星系星體運行的速度來測量銀河系暗物質的總量。他甚至還將銀河系邊緣算入計算範圍。他計算得出,與之前天文學家估算的數量相比,銀河系暗物質的總量要少50%。

基於Kafle的計量結果,蘭姆達冷暗物質理論預言我們應該僅能以肉眼看見銀河系附近的3個衛星星系,即小麥哲倫星雲,大麥哲倫星雲,以及人馬矮星系。這與天文學家所見一致。Kafle博士解決了困擾天文學家近15年的謎團。

科學家還能測量出逃離銀河系重力所需的速度,即550千米(350英里)每秒。這是火箭飛離地球所需速度的50倍。

7. 爆發星內部到底發生了什麼?

利用無線電干涉測量技術(即結合來自幾個不同射電望遠鏡的數據來得出更清晰的圖片的技術),在2013年12月時,天文學家就能夠觀察恆星轉變成新星的過程,即爆發中的恆星,也被稱作爆發星。這就使得他們能夠解決伽瑪射線以及高能電磁輻射的產生之謎。

就如曼徹斯頓大學的Tim O』Brien所說,「當雙星系統(即兩顆彼此被對方引力控制而繞對方旋轉的恆星系統)中伴星的氣體落在白矮星表面,這時白矮星表面就會產生熱核爆炸,並以幾百萬英里每小時的速度向太空噴發氣體。這就是新星的發生過程。」

有時,恆星爆炸後會產生新星,然而這一爆炸過程是很難預測的。噴射出的物質很快便蔓延到整個恆星的運行軌道平面。不一會兒,一陣更為快速的粒子流從白矮星射出,並與緩慢移動的物質相碰撞。結果卻使得粒子流速度變得更快,這便產生了伽瑪射線。

6. 為什麼月球背面沒有「臉」?

1959年,蘇聯的宇宙飛船「月球3號」首次向世人展示了月球背面的圖像。當時天文學家們就對月球背面的高地情況產生了疑惑。沒有人能解釋為什麼月球的背面與面向地球的這一面差別如此之大。

月球背面布滿了環形山。與面向地球這一面相比,月球背面並不存在一些暗斑(這些暗斑由大片的玄武岩形成)。正是由於這些暗斑,才造成了月球表面的「人臉」。

賓州州立大學的天體物理學家們相信他們已經解答了這一謎題。月球背面暗斑的缺失證明了月球背面存在著一層厚厚的鋁和鈣的沉積物。

某理論提出,地球形成初期,曾有一塊火星大小的行星撞擊了地球。這次的撞擊物噴射到太空並最終形成了月球。地月之間的潮汐作用使得總是月球的同一面面向熾熱的地球。因此,月球面向地球的這一面總是保持著熱度,而背面卻冷卻了下來。這就使得月球背面形成了厚厚的外殼。

這些賓州州立大學的天體物理學家還認為正是這一堅硬的外殼妨礙了玄武岩的岩漿流出表面。當流星撞擊月球時,它們能夠將面朝地球的這一面的表面撞破,使岩漿流出來,而這便形成了構成「人臉」的暗斑。

但麻省理工學院的研究者卻從NASA「聖杯」計劃提供的新信息中得出了新的結論。他們認為月球上的「人臉」有可能是由月球內部的岩漿造成,而非行星撞擊。然而,這些研究者並不能確定這些岩漿如何產生。他們需要更多的信息來證實自己的理論。

5. 那些太空中的光線到底是什麼?

如果天氣晴朗,你會抬頭看到夜空繁星滿天。若用望遠鏡觀察,你還能看到行星、星雲和各個星系。但如果用X射線探測器看的話,你會看到滿天明亮的X射線,這就是天文學上的瀰漫X射線背景。

50多年來,這些光線的來源成謎。學界對此有3種猜測。一是它們的射源可能在太陽系以外;二是它們可能來自局部熾熱的氣泡;三是它們可能產生自太陽系內部。研究人員發射了一個火箭以測量瀰漫X射線輻射,並解決了這一謎題。

這些X射線輻射大多來自離地球幾百光年外的熾熱氣泡,其餘(少於40%)輻射則來自太陽系內部,離地球只有幾個天文單位遠。這些熾熱的氣泡可由恆星風和超新星爆炸產生,後者的發生會在太空形成巨大的黑洞。如果另一顆超新星爆炸於這些洞中,這些就能發出X射線的熾熱氣體可能會形成氣泡。

當太陽風,即來自太陽內部帶電粒子流,撞擊中性氫和氦時,太陽系內部也能向外發射X射線。直到天文學家可以解釋這些天空中的光線時,邁阿密大學的Massimiliano Galeazzi這樣總結,「這就像夜晚漫步天際並看到這些光,但卻不知道這些光是射自10碼外還是1000英里外。」

現在,我們終於知道這些光的射源不僅近在咫尺還遠在天邊。

4. 「七姊妹」星團到地球的實際距離到底有多遠?

昴宿星團,也叫「七姊妹」星團,是金牛座的一個著名星團。天文學家以此星團為樣本,研究上百顆近一億歲的年輕恆星。他們通過研究昴宿星團來解釋星團的形成,並以昴宿星團的距地距離為基準線,以測量其他星團到地球之間的距離。

剛開始,天文學家們以為昴宿星團離地距離約為430光年。但之後,能精準測量上千恆星的歐洲依巴谷衛星計算出兩者距離實為390光年。「兩個數字之間雖說差別不大,但對昴宿星團恆星的物理特性來說,這個差別可能顛覆我們對恆星形成和進化的一般性理解。」加利福尼業大學的Carl Mellis解釋說。

通過射電望遠鏡的網路,天文學家運用視差技術(即科學家從地球繞太陽運行軌道的遠近兩側來觀察昴宿星團的方向變化)測量了地球到昴宿星團的距離。新得出的距離是443光年,誤差在1%以內。這說明了依巴谷衛星測量結果有誤,並引起了人們對依巴谷衛星測量出的其他118,000顆恆星距地距離的懷疑。

3. 銀河系鄰近地區到底有多大?

以靈敏度較高的射電望遠鏡所規定的超星系團的邊界劃分,天文學家發現我們所處的銀河系隸屬於最近才被定義的超大超星團系「拉尼亞凱亞」(Laniakea,夏威夷語,意為「龐大的天堂」)。以此為名是為了紀念一群以天空為導向、穿越了太平洋的波利尼西亞航海家。

囊括10萬星系在內,拉尼亞凱亞超星系團直徑為5億光年,質量是太陽的10 17倍。而銀河系處在拉尼亞凱亞的邊緣。天文學家也對巨引源(the Great Attractor),即銀河系星際空間內的重力的焦點有了更多的認識。巨引源對本星系群具有內聚吸引力,並對其他星系團產生影響。

「我們終於確定了我們能夠稱之為家的超星系團的輪廓,」夏威夷大學的R. Brent Tully說,「這就像第一次發現你的家鄉其實位於一個更大的、毗鄰他國的國家感覺一樣。」

2. 等待著地球的厄運是什麼?

天文學家們正在從事著類似於天文考古的工作,即研究主星消亡後的行星廢墟。最初的發現表明,地球將面臨厄運。

一切始於一項意在解決死亡的白矮星污染之謎的任務。白矮星的大氣層本應只含純氫或純氦,但卻經常被重元素碳、鐵和硅所污染。

最初,科學家們相信恆星內部的元素由於極端輻射而滲出了星球表面。但是,當運用功能強大的望遠鏡來進行深入研究時,天文學家們卻在白矮星的大氣層中發現碳、磷、硅和硫等元素。這些大氣受到污染的恆星與平常的恆星相比,硅碳比更高。事實上,這個比率與岩石行星的硅碳比相同。

「我們20 多年來一直在試圖解決這些恆星的構成之謎,」萊斯特大學的教授Martin Barstow說,「了解到它們正在吞沒行星系殘餘這一點,讓人感到興奮不已,或許這就像我們一樣。」

所以這就是等待著地球的厄運。從今往後的數十億年時間裡,我們的星球不過會變成太陽殘骸中的一點岩石污染而已。

1. 銀河系的結局是什麼?

通過解決關於星系如何演變之謎,研究人員還對銀河系的命運有了更多的理解。他們知道了一些星系的演化會受其中心的特大質量黑洞的影響,而在銀河系中心也存在著這樣一個黑洞。這些黑洞將這些受其影響的星系中幾乎所有冷氣體全都驅逐了。沒有足夠的冷氣體,這些星系就不能形成新的恆星。

氫氣分子雲的流出雖然也屬星系演化理論的一部分,但研究人員對這些流出的氣體如何加速感到迷惑不解。當使用先進的望遠鏡來研究鄰近星系 IC5063後,科學家們發現從中央黑洞噴射出的高能電子流,加速了氫氣分子雲的外流。

這也透露了銀河系的最終結果:在大約 50 億年後銀河系將與其鄰近的仙女座相撞。兩個星系碰撞時,氣體會積聚在星系中心,為特大質量黑洞提供動力。這將形成電子流的噴射,從而將殘留在星系中的氣體全部驅逐出去。當發生這種情況時,合併的星系將無法形成新的恆星。

+ 一切僅僅都是幻覺嗎?

我們自認對宇宙很了解。但美國能源部的費米國家加速器實驗室的科學家們正在進行一個叫「Holometer」的激光實驗,看看我們是否真的生活在全息圖中。這意味著我們的三維世界僅僅是一種錯覺,一切其實只是二維影像。

就像電視節目中的人物相信他們生活在一個三維的世界,但其實他們困於二維屏幕上一樣。科學家們認為,如同電視屏幕上的像素裝載著數據點一樣,宇宙中的信息也裝載於類似的數據包中。當你站得離電視較近時,你可以看到屏幕上單個的像素。但當你遠離電視機時,所有像素就形成了圖像。

說不定我們的世界也如此,而我們的「像素」空間面積比原子還小約 10 12倍。「我們想要證實時空是否就像物質的量子系統,」費米實驗室的Craig Hogan說,「如果我們看到某物,它將完全改變我們幾千年以來的空間概念。」

當這一刻來臨,或許整個世界也將因此深陷困擾。

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