NASA

“新視野號”NASA

　　根據(jù)恒星的演化規(guī)律，我們知道不同質量的恒星會發(fā)出不同強度的光。通過測量得到光的強度，就能反推出恒星的總質量，進而可以粗略地知道每個星系的質量，并得到星系的數(shù)目。

　　——鄒遠川?華中科技大學物理學院教授

◎本報記者?劉志偉

　　深邃的宇宙星星點點，這些來自天體的光芒有強有弱，有些肉眼可見，有些就連大型天文望遠鏡都無法看清。但正是這些暗弱的微光，刷新了我們對于宇宙中星系總量的認知。

　　1月14日，據(jù)美國國家航空航天局（NASA）官網報道，一個國際科學研究小組在研究了“新視野號”對最暗弱天區(qū)長時間的觀測結果后發(fā)現(xiàn)：宇宙中星系的數(shù)量可能僅有幾千億個，而不是之前利用哈勃太空望遠鏡的觀測結果推測的兩萬億個。相關研究結果發(fā)表于《天體物理學》雜志。

　　這一研究發(fā)現(xiàn)顛覆了我們的認知，為什么前后數(shù)據(jù)的差異會如此巨大？科學家如何計算出宇宙中星系的總量？帶著這些問題，科技日報記者采訪了華中科技大學物理學院教授鄒遠川。

　　“新視野號”為科學家打開了新視野

　　兩個探測器，卻得到了完全不同的結果?？茖W家對于宇宙星系數(shù)量的探測主要采用哪些方式？“對星系數(shù)量的估計，最直接的方式就是‘數(shù)數(shù)’。比如斯隆巡天項目（SDSS），就是對240萬個星系進行逐一觀測?！编u遠川說，當然，這個數(shù)字遠不是宇宙中所有星系的數(shù)目。首先，它沒有對所有的方向進行觀測；其次，亮度比較暗弱的星系也沒有包括在內，這些星系亮度較低的原因，要么是距離太遠，要么則是星系本身太小。但這些小星系，反而占了星系總量的絕大多數(shù)。

　　所以，要得到宇宙星系的總量，必須得把那些非常暗、無法直接觀測到的星系都計算在內。

　　“此前，哈勃太空望遠鏡正是采用這種辦法，得到了兩萬億的結論?！编u遠川說，它指向了一個沒有任何已知源的天區(qū)，對這一區(qū)域進行了長達數(shù)月的觀測，發(fā)現(xiàn)了那些非常暗弱星系的光。這些光以背景的形式出現(xiàn)，科學家將這些背景光通過復雜的模型計算出星系的數(shù)目，并假設其他方向的星系數(shù)目也類似，就得到了兩萬億這一結論。

　　盡管哈勃太空望遠鏡功能強大，也部署在太空中，但它仍是環(huán)繞地球運行，無法直接探測到宇宙中部分太遙遠、太微弱的光源，也就不能了解這些光是不是星系發(fā)出的，又是由多少個星系發(fā)出的。

　　為此，人類通過發(fā)射遠離地球的人造衛(wèi)星，甚至試圖讓探測器飛出太陽系，去探測這些光芒的源頭。

　　2006年1月19日，美國“新視野號”發(fā)射升空，它的主要任務是探測冥王星及其最大的衛(wèi)星卡戎（冥衛(wèi)一），以及位于柯伊柏帶的小行星群。

　　在此次研究中，研究人員正是利用“新視野號”對冥王星和柯伊伯帶最暗弱天區(qū)進行長時間、不間斷觀測的結果，確定了宇宙背景光亮度，該結果為模糊的未知星系數(shù)量設定了上限，表明宇宙中星系的數(shù)量只有幾千億個，而不是之前認為的兩萬億個。

　　計算星系數(shù)量的唯一方法

　　為何科學家僅通過光度就可以計算出星系數(shù)量？是否還有其他方式？“事實上，對一個天體對象的探測，無非就是兩種方法：一個是引力，一個是電磁波?！编u遠川說，針對星系數(shù)量的探測，特別是占星系總量絕大多數(shù)的小星系，引力的作用幾乎體現(xiàn)不出來，因此只能通過電磁波。從這個意義上說，對星系光度以及背景光的測量是唯一的方法。

　　不過，也可以通過測量不同波段的光，來進一步對星系數(shù)量做出更準確的限制。

　　鄒遠川介紹，根據(jù)恒星的演化規(guī)律，我們知道不同質量的恒星會發(fā)出不同強度的光。通過測量得到光的強度，就能反推出恒星的總質量，進而可以粗略地知道每個星系的質量，并得到星系的數(shù)目。

　　“但是星系發(fā)出的光，只占儀器所觀測到的光的一部分，還有其他光也可能被計算在內。比如，太陽系中非常稀薄的塵埃，就會反射太陽光。”鄒遠川說，之前哈勃太空望遠鏡之所以得到了兩萬億的結論，就是因為被反射的太陽光這部分無法完全扣除。

　　哈勃太空望遠鏡繞地球飛行，而地球在太陽系中距離太陽較近，塵埃反射的太陽光相對較強，便讓科學家高估了所有星系發(fā)出的光的強度。

　　鄒遠川表示，此次研究人員能夠獲得這一觀測結果，正是利用了“新視野號”距離太陽相對較遠、塵埃反射的太陽光較弱、星系光線干擾較小的優(yōu)勢。

　　“新視野號”在位于冥王星之外、大于40個天文單位（即40倍日地距離）時拍攝了宇宙中最暗的幾處天區(qū)。研究人員發(fā)現(xiàn)最暗的區(qū)域比哈勃太空望遠鏡所觀測到的區(qū)域還要暗10倍。研究人員推測，哈勃太空望遠鏡的觀測結果中“多出來”的部分，就是源自太陽光的反射，不應被認為是星系發(fā)出的光，由此得出了宇宙星系數(shù)量只有幾千億個的結論。

　　目前“新視野號”已經完成主要任務，往更遙遠的宇宙深處飛去，最終或將飛離太陽系。

　　“少”了這么多星系不會影響宇宙質量

　　宇宙中“少”了這么多星系，是否意味著此前認為的宇宙質量也會相應減少？鄒遠川表示，這一研究結果并非意味著宇宙中物質質量的減少，一是因為星系數(shù)量和物質的質量并不直接成正比。星系有大有小，對星系總量貢獻最大的是小星系，但它們對宇宙質量的貢獻反而不是很大。二是因為，宇宙中的物質質量，約70%來自暗能量，25%來自暗物質，只有5%來自普通物質，這其中大約只有10%是發(fā)光的物質。

　　此外，目前的測量結果誤差都比較大，只有通過不停地改進方法和擴大樣本量，才能得到對宇宙越來越精確的認知?！靶乱曇疤枴钡倪@個發(fā)現(xiàn)，也只是在前進道路上邁進了一步。

　　鄒遠川表示，此次研究結果更新了我們對于宇宙星系數(shù)量的認知，但還沒有達到顛覆性的發(fā)現(xiàn)。因為在定義宇宙中星系數(shù)目的時候，首先要定義宇宙，其次要定義星系。前者基本上定義為可觀測宇宙，后者則要麻煩很多。星系的定義足夠精確嗎？小到什么程度就不算星系呢？只有在有了明確并且公認的定義后，星系總數(shù)的測量才有明確意義。這也正是無數(shù)科學家正在為之奮斗的目標之一。



關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關科普知識