宇宙中最大天体的要点
- 宇宙中最大的天体是星系团，例如我们目前所处的超星系团——包括 2017 年被哈勃太空望远镜捕捉到的、散布在闪闪发光的浩瀚太空中的阿贝尔 370。
- 据 NASA 称，最大的星系直径可达一百万光年以上。比星系团更大的还有拉尼亚凯亚这样的超星系团——尽管这些超星系团的引力连接往往较弱。
像我们所处的星系团这样的星系团，有潜力成为宇宙中最大的天体。
在我们浩瀚的宇宙邻里中，地球是我们位于银河系外围旋臂上的一个微小斑点。但我们的银河系仅仅是由数千个其他星系组成的庞大超星系团之一。这个结构跨越数亿光年，科学家们将其命名为“Laniakea”，在夏威夷语中意为“浩瀚的天堂”。
宇宙中不断发生着巨大的事件：科学家们已经看到了超新星、伽马射线暴以及黑洞碰撞并引起时空涟漪。但最大的天体呢？
根据天体物理学家 Alexei Filippenko 的说法，除了宇宙本身之外，它所包含的最庞大的天体之一就是星系团，例如我们目前所处的超星系团。Alexei Filippenko 也是加州大学伯克利分校的天文学杰出教授。
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宇宙中最大的天体是什么？
2010 年，科学家们确定了可观测宇宙中最大天体的候选者将是巨大的星系团——包括当时被哈勃太空望远镜于 2017 年捕捉到的、散布在闪闪发光的浩瀚太空中的阿贝尔 370。
“有星系团，它们是大型星系群，包含数千甚至数万个星系。它们的直径可能跨越数百万光年，甚至可能高达一千万光年，”Filippenko 说。
根据哈佛-史密森天体物理中心的数据，尽管这些星系团可能包含数百到数千个星系，但它们仅占星系团内物质的一小部分。将这些星系连接在一起的不仅是它们共同的引力吸引，更是大量的暗物质。
暗物质是一种神秘的、看不见的、具有吸引力的力，它将这些星系维系在一起，这种力足够强大，甚至可以弯曲经过的光线的路径。
“我们认为暗物质的含量是可见物质的六倍，星系本身也是如此，”Filippenko 说。“如果只有可见的恒星构成（引力），那么这些星系就不会被引力束缚在一起。但它们确实被束缚了。”
星系能有多大？
虽然星系实际上并不构成较大星系团内部的大部分空间，但星系本身也包含各种宇宙成分：从恒星到行星，从气体云到宇宙尘埃。
据 NASA 称，最大的星系直径可达一百万光年以上。比星系团更大的还有拉尼亚凯亚这样的超星系团——尽管这些超星系团的引力连接往往较弱。
星系团是随着时间形成的
在宇宙近 140 亿年前的炽热开端之后，大爆炸后的物质分布并不均匀。有些区域比其他区域密度更高，其中一些高密度区域分布在更广阔的空间范围。这些高密度区域为数亿年后超星系团的形成播下了种子，因为它们逐渐聚集了生长所需的物质。
“随着时间的推移，引力——可以被认为是塑造宇宙的伟大力量——通过从低密度区域窃取物质，使高密度区域变得更密集，”Filippenko 说。“小的过密度区域可以相当快地坍缩。”
这些星系团遍布宇宙，构成更大宇宙结构的构件，并发出天文学家可以观测到的光。但宇宙的更大一部分实际上是不可见的，由吸引人的暗物质和排斥人的暗能量等奇异物质组成。
为什么 95% 的宇宙是不可见的？
近年来塑造天文学的最重要发现之一是，宇宙的膨胀不仅没有减速，反而正在加速，而且速度越来越快。
Filippenko 是两个独立的天文学家团队的成员，他们做出了这项诺贝尔奖获奖的发现，他们利用了远处超新星的亮度。在观察应该在其给定距离发出特定亮度水平的超新星时，研究人员发现它们的亮度比预期的要暗。
基于这些观测，科学家们得出结论，超新星已经比预期的传播得更远——这意味着携带它们的空间结构必然在增长。至于可能导致这种现象的力，暗能量就发挥了作用。
“我们被电磁力所束缚，地球和太阳被引力所束缚。但在最大的距离上，超过一千万光年或更多，宇宙就在膨胀，”Filippenko 说。“而且由于这种暗能量，它正在以越来越快的速度膨胀。”
科学家们目前认为，这种神秘的暗能量构成了宇宙的绝大部分，导致空间随着时间的推移以越来越快的速度向外膨胀。
除了观察超新星，甚至观察超星系团的行为似乎也支持这一理论，Filippenko 补充说。超星系团之间以及超星系团内部的空间也似乎在比预期更快的速度膨胀。虽然一些膨胀可能是可能的，但如果没有暗能量，这种膨胀就不会如此剧烈。
“超星系团足够大，直径达一亿光年，并且引力束缚得足够松散，宇宙的膨胀应该会将它们向外携带并膨胀到一定程度，”Filippenko 说。“但暗能量充斥着这一个亿光年的空间，因此导致超星系团比原本预期的膨胀速度更快。”
关于暗能量和暗物质仍有疑问
由于暗物质和暗能量完全不可见，科学家们仍在努力探测它们——并证实它们的存在。关于它们可能是什么，存在许多想法。例如，暗物质可能是大爆炸遗留的基本粒子残骸，而暗能量可能源自空间中的某种基本背景能量。
“可能暗能量和暗物质的概念是完全错误的，”Filippenko 说。“这是可以想象的，但它们是我们目前对我们所见现象的最佳物理解释。”
虽然试图证实这些难以捉摸的物质的存在仍然是一个持续的挑战，但 Filippenko 说，追求理解这些遥远的现象本身就很有价值。探索宇宙的起源以及构成我们所居住的空间结构的物质，可能会带来其他意想不到的发现——与此同时，他补充道，这是人类最基本的事情之一。
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文章来源
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- NRAO. 新识别的星系超星系团是银河系的家园
- 康奈尔大学. 宇宙中质量最大的天体
- NASA. 阿贝尔 370
- 哈佛-史密森天体物理中心. 星系团
- NASA. 星系基础知识
- NASA. 大尺度结构
- 2011 年诺贝尔物理学奖. 加速膨胀的宇宙
- NASA. 暗能量
