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什么是巨引力源?

作者: admin 来源: 未知


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图注:描绘银河系背后发现的“隐匿带”星系的画作。(图片来源:国际射电天文研究中心)

 

大约在四十年前,天文学家们意识到,我们的星系——银河系,在以比预期快得多的速度在空间当中移动。

银河系以每小时2.2百万公里的速度在宇宙中运动,这个速度比巡航客机速度的2500倍还要快;是地球逃逸速度的55倍多;甚至比银河系本身的逃逸速度还要大0.5倍左右。

但形成这种运动的原因却还是一个谜。

关于宇宙起源的大爆炸理论告诉我们,宇宙中的每一点都应该在飞离另外一点。不过我们两侧的星系应该以相近的速度退行,如果以银河系为参照系的话,这些星系应该是不会和我们有净位移产生的。

净位移可能由附近物质分布中的星系团(比如一个大规模集群星系)引起。这类星系团的额外引力会减慢甚至逆转宇宙在其附近的膨胀。

但是,在银河系的运动方向上并没有明显的这类星系团。虽然在其周围广泛存在着超量的星系,在X射线望远镜中也观察到了超量的辐射,但它们看上去都太小,不足以解释这些结果。

那么,我们所看到的是一种过高密度的纯暗物质?还是说目前关于质量与运动的起源的理论是不正确的?卡内基研究所(Carnegie Institution)的天文学家艾伦·德雷斯勒(Alan Dressler)认为答案是前者,并将这种尚未发现的高密度物质命名为“巨引力源”(Great Attractor)。

但另一种可能是,目前推测出的尚未发现的高密度物质的位置离煤袋星云(Coalsack nebula)不是很远,所以可能它处于银河系深处,所以比较难以观测。

 

隐藏的引力

会不会我们的银河系在空间中的运动是像一个边缘旋转着的盘,旋转的向心力遮盖了遥远的引力源产生的吸引力?会不会存在着一个(相当于10000个仙女座星系的)超大规模的星系集群,因为其被与银河系薄盘关联的星尘层遮蔽而被遗漏了?

考虑到这一点,在90年代末,我们的团队用位于南威尔士州的创新型的帕克斯望远镜(简称为帕克斯多波束接收器)进行了观察。接收机独灵敏度观测范围使我们能够突破性地对天空进行更灵敏的射电观测

这些观测是通过将接收机调节至所谓的21厘米中性氢气波谱线完成的。虽然是一条弱的波谱,但仅在“盲”测的情况下,接收机的灵敏度也足以观察到成千上万的星系。

此外,在无线电波长范围内,辐射可以直接通过银河系的尘埃层,所以在这种情况下银河系实质上就变得不可见了。

HI帕克斯全天空观测(The HI Parkes All-Sky Survey, HIPASS)第一次粗略观测了整个南部天空。事实上,HIPASS是第一个由望远镜完成的对银河系外氢气波谱段的精细天文观测。但是,其并没有在银河系背后获得什么意外的发现。

我们的团队进行的其他粗略观测针对的是银河系本身,通过这些观测我们只发现了一个稍微具有超密度特性的星系。

但人们认为,还有必要进行更深入的观察。如果在2亿光年的距离内都没有任何巨引力源物质被发现,现有理论模型(尤其是所谓的λ-冷暗物质模型)才会受到质疑。

因此,我们再次使用帕克斯望远镜对我们所处的星系盘和银河系膨胀背后的宇宙进行了更深层次的观测。

 

从我们得到的数据能够知道什么

这些工作在2000年代中期完成。由于对银河系无线电数据的分析格外困难(因为在我们的银河系中有额外宇宙射线会产生噪音),以及我们团队的分散,直到去年所有的数据才被全面分析并提交出版。

在五度视角的银河系圆盘中,我们通过帕克斯观测共发现了883个星系和银河系北部两个小部分的77个星系。这些星系中只有一小部分具有以前发现的光学上的红移现象可以据此估计它们的距离。

然而当我们审视其他团队新的红外观测数据,再结合我们自己全新和深入的红外观测数据(红外线或热辐射更容易通过星尘),我们能够确定近80%星系的恒星类星体。剩下的20%则都太深藏于银河系中,以任何现有的光学或红外望远镜都还不能进行确认。

这么多以前被隐藏的星系的发现给我们带来了很大的兴奋。但由于我们并没有发现巨引力源,那为什么还会这么兴奋?

可以说那是因为这个问题更加神秘了。我们确实找到了新的星系、星系团和宇宙网络中新的链接点。只是这些还不足以用来解释我们银河系的运动,所以什么是牵引这种运动的“巨引力源”还是一个谜。

我想大多数的兴奋是简单地源于对宇宙有了更多一点的发现,就像早期的探险家在完成空白的南半球地图时一样。

 

进一步的探索

所以,下一步要怎么走?澳大利亚的天文学家恰巧处在进一步探索附近宇宙结构和运动的绝佳位置。如在CAASTRO的2MTF无线电观测中也使用帕克斯望远镜来计算星系的距离,且已经有了一些新的发现。

而更妙的是在今年晚些时候会启动的WALLABY观测项目。此项目由Baerbel Koribalski博士和我共同主持。我们将会使用新的CSIRO澳大利亚SKA探路者(ASKAP)望远镜。

这会使我们能够用无线电对宇宙进行大规模的详细探测,当然也包括了对平方千米阵列望远镜(Square Kilometre Array, SKA)本身的测试。在光波观测方面,澳大利亚天文台(Australian Astronomical Observatory)和澳大利亚国立大学(ANU)也正在领导一个被称为TAIPAN的新调查,其针对的是更遥远的区域中的椭圆星系。

理论学家们也在探讨我们用来描述宇宙时间-空间的度量是否不再有效,以及在大尺度的测量中,是否还需要对广义相对论自身进行修改。

但我们对宇宙的研究才起步,宇宙学上的重大改变需要无可辩驳的证据。然而,巨引力源还是一个谜题,而且可能在许多年里都无法被完全解开。


(翻译:赵倩茹;审校:傅斓)

原文来源:

https://theconversation.com/explainer-what-is-the-great-attractor-and-its-pull-on-our-galaxy-54558


关于我

Lister Staveley-Smith

Lister Staveley-Smith 西澳大利亚大学国际射电天文研究中心(ICRAR)科学部主任