如果有人問(wèn)宇宙中最大的天體是什么，毫無(wú)疑問(wèn)我會(huì)說(shuō)是星系，而且是100多億年前的遠(yuǎn)古超級(jí)大星系。
超級(jí)星系
所謂超級(jí)大星系究竟有多大呢？以銀河系為標(biāo)準(zhǔn)大過(guò)它幾十倍、甚至上百倍的都有，不過(guò)這些巨型星系大多都是來(lái)自100多億光年之外，宇宙大爆炸之后的一批古老星系。這些星系就是宇宙中最為古老的物質(zhì)，甚至是見(jiàn)證宇宙黎明的第一批見(jiàn)證者。
通常我們當(dāng)前所發(fā)現(xiàn)的星系形狀大多是旋渦狀的，隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步及觀測(cè)距離的延伸，越來(lái)越多的奇形怪狀的特殊星系被發(fā)現(xiàn)。據(jù)科學(xué)家統(tǒng)計(jì)旋渦狀星系約占星系總數(shù)的77%，橢圓形星系占據(jù)20%，剩下的3%才是特殊星系。
靈蛇超級(jí)巨星星系
靈蛇巨型星系
靈蛇巨型星系發(fā)現(xiàn)與2008年由日本天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，距離地球約118億光年，質(zhì)量相當(dāng)于銀河系的50倍，屬于一個(gè)遠(yuǎn)古宇宙時(shí)期的超級(jí)大星系，包含約50000億顆恒星，是一個(gè)不規(guī)則球形星系，星系原始星云豐富內(nèi)部造星頻繁星爆現(xiàn)象密集，被科學(xué)家認(rèn)為是由多個(gè)星系大碰撞合并而成。
此星系是被位于智利阿塔卡馬沙漠中的阿爾瑪射電望遠(yuǎn)鏡跟阿斯特（權(quán)屬歸日本）望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)，阿爾瑪與阿斯特可以捕捉亞毫米波段的信號(hào)，是專(zhuān)業(yè)用于觀測(cè)遠(yuǎn)距離的觀測(cè)對(duì)象。
日本神話中的靈蛇
發(fā)現(xiàn)靈蛇巨型星系的是日本東京大學(xué)的學(xué)生五十嵐，在一次偶然的機(jī)會(huì)中他發(fā)現(xiàn)了這一怪物。經(jīng)過(guò)反復(fù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最后確定是一個(gè)超大型巨型星系，隨后又使用了夏威夷莫納克亞山的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了位置和距離的測(cè)量，通過(guò)細(xì)致的觀測(cè)確定了位置、距離和形狀，起初質(zhì)量測(cè)量確定是銀河系的100倍，五十嵐將這個(gè)怪物星系命名為靈蛇巨型星系。靈蛇是日本古代神話中的怪獸，以此命名是日本科學(xué)家的一貫做法。
五十嵐在使用可見(jiàn)光望遠(yuǎn)鏡（斯巴魯望遠(yuǎn)鏡）時(shí)發(fā)現(xiàn)位置出現(xiàn)了偏差，他認(rèn)為這可能是星系前方由一團(tuán)致密的星云擋住了觀測(cè)視線，阿斯特望遠(yuǎn)鏡可以利用亞毫米波段電波刺破云團(tuán)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家普遍認(rèn)為靈蛇就是宇宙中現(xiàn)存在的最大星系了，這讓五十嵐有幸成為當(dāng)時(shí)轟動(dòng)世界的年輕科學(xué)家。
哈勃拍到星系碰撞圖片
另一個(gè)參與研究靈蛇巨型星系的科學(xué)家是哥本哈根大學(xué)的天體物理學(xué)家朱莉沃德勞，他在對(duì)靈蛇觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了星系的前方存在一個(gè)小星系，正好擋住了觀測(cè)視線，這個(gè)小星系會(huì)產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)，影響測(cè)量靈蛇的實(shí)際大小和光度值，因?yàn)橐ν哥R效應(yīng)阻擋了觀測(cè)視線，扭曲了周邊的空間讓光線產(chǎn)生了彎曲放大了靈蛇表面的現(xiàn)象，所以實(shí)際上可能靈蛇的質(zhì)量沒(méi)有之前測(cè)量的值大，不過(guò)經(jīng)過(guò)糾正后的數(shù)據(jù)仍然令人吃驚，質(zhì)量大小相當(dāng)于銀河系的50倍。
經(jīng)過(guò)電腦優(yōu)化去除雜噪影響，最后用計(jì)算機(jī)生成了其三維模型，得出一個(gè)被大量氣體包裹的不規(guī)則橢圓形球體形狀，大約有50000億顆恒星組成的超級(jí)組合，星云氣體豐富內(nèi)部造星頻繁，強(qiáng)烈的輻射波照亮了大部分宇宙。不過(guò)鑒于早期的古老恒星壽命不大通常幾百萬(wàn)年就消香玉損了，所以就不難理解組成星系的大量星云氣體如此豐富的原因。
星系碰撞過(guò)程模擬圖片
對(duì)于靈蛇這類(lèi)超大型星系形成的機(jī)制，科學(xué)家認(rèn)為是由多個(gè)星系在大碰撞演化中緩慢融合的結(jié)果，通常星系融合時(shí)發(fā)生劇烈大規(guī)模的星爆現(xiàn)象，生成了大量新的恒星在其中，這就是超大星系中具有如此居多的恒星緣故。
阿爾普220號(hào)星系
阿爾普220號(hào)星系是通過(guò)紅外天文望遠(yuǎn)鏡被發(fā)現(xiàn)，恒星數(shù)量相當(dāng)于銀河系10倍，距離地球約2.5億光年之外的巨蛇座。
五個(gè)星系大碰撞模擬圖片
科學(xué)家在紅外圖像中驚奇的發(fā)現(xiàn)，星系周邊散布著一些星星點(diǎn)點(diǎn)的暗帶，這些暗帶的組成恰好體現(xiàn)出了多個(gè)星系在大碰撞的過(guò)程中所產(chǎn)生的演化運(yùn)行痕跡，而星爆現(xiàn)象來(lái)源于氣體密集聚合之后所爆發(fā)，通過(guò)科學(xué)家在電腦上的模擬可以看出，整個(gè)過(guò)程極為壯觀和具有震撼力。科學(xué)家認(rèn)為星云氣體在星系中的分布極為不均，而在大碰撞過(guò)程中各星系的氣體星云被卷入中心地帶成為密集區(qū)域，星爆現(xiàn)象就是發(fā)生在中間氣體密集的區(qū)域，大量的恒星在構(gòu)成創(chuàng)建的條件后形成。
阿爾普220號(hào)星系具有顯著的星爆特點(diǎn)，幾個(gè)星系在碰撞多重融合之后，恒星誕生頻繁星爆現(xiàn)象頻率較高，多個(gè)星系組合成了超級(jí)大星系的現(xiàn)象是宇宙中星系演化的重要證據(jù)。通常幾個(gè)星系在橫跨上百萬(wàn)光年的尺度上進(jìn)行融合演化，經(jīng)過(guò)大約幾十億年的過(guò)程形成了超級(jí)大星系。
兩個(gè)星系大碰撞演化圖片
科學(xué)家在模擬宇宙誕生時(shí)發(fā)現(xiàn)，早期宇宙的空間很小，大多的遠(yuǎn)古恒星系在狹小的空間下經(jīng)歷了星系大碰撞而多重融合的現(xiàn)象，形成了眾多的超級(jí)大星系，我們的銀河系當(dāng)然也不例外。宇宙在誕生初期一度成為超級(jí)大巨獸的時(shí)代，那時(shí)的宇宙被超級(jí)大巨獸所主宰，不計(jì)其數(shù)的恒星和星系得以形成和演化。
加州理工大學(xué)的彼得?？ㄅ撂厥茄芯坑钪娴拇箜?xiàng)目成員，一直致力于早期宇宙形成和遠(yuǎn)古超大型星系的科研人員。他將600多張哈勃望遠(yuǎn)鏡所拍攝的遠(yuǎn)古宇宙星系圖片進(jìn)行電腦拼接和處理，最后得出了一張整個(gè)遠(yuǎn)古宇宙時(shí)期的星系圖片，其中最為常見(jiàn)的就是超大型星系的觀測(cè)圖像和數(shù)據(jù)。
超級(jí)宇宙風(fēng)圖片
卡帕特所發(fā)現(xiàn)的那些超級(jí)大星系是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)最為遙遠(yuǎn)的古老大星系，位于125億光年之外的地方，顯然要早于靈蛇7億年之久，這些遠(yuǎn)古巨獸是見(jiàn)證宇宙黎明最好的物證，宇宙大爆炸之后的新紀(jì)元就是被這一批古老超級(jí)大巨獸所開(kāi)啟的，可見(jiàn)宇宙誕生之后的它們?cè)诓粩嗟嘏鲎踩诤现谐砷L(zhǎng)起來(lái)。
卑彌乎超級(jí)大星系
2013年11月，哈勃發(fā)現(xiàn)超級(jí)大星系的消息轟動(dòng)世界，卑彌呼的發(fā)現(xiàn)是當(dāng)時(shí)全世界天文學(xué)上最著名的發(fā)現(xiàn)。
首次發(fā)現(xiàn)卑彌呼的是日本東京大學(xué)的學(xué)生大內(nèi)正己，當(dāng)時(shí)他使用夏威夷莫納克亞山上的斯巴魯望遠(yuǎn)鏡掃描宇宙誕生后之初的星系時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，在隨后的數(shù)據(jù)校正和多種觀測(cè)技術(shù)的支持下確定了卑彌呼的存在，接著全世界的觀測(cè)資源也轉(zhuǎn)向了卑彌呼的觀測(cè)和研究。
卑彌呼超級(jí)巨型星系
卑彌呼位于130億光年之外，也就是說(shuō)距離宇宙大爆炸僅有8億年左右，直徑達(dá)到55000光年，質(zhì)量相當(dāng)于普通星系的10倍大小，雖說(shuō)相較于其他更大的天體來(lái)說(shuō)不算什么，但卑彌呼被科學(xué)家確定是宇宙大爆炸之后第一批星系的誕生標(biāo)志。
卑彌呼的圖像后期處理過(guò)程中，大內(nèi)正己起初懷疑自己的觀測(cè)數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤等問(wèn)題，在對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的校正反復(fù)對(duì)比后確定，這個(gè)超級(jí)原始巨獸的圖像呈現(xiàn)在了世人面前，一個(gè)極為狹長(zhǎng)的星系外形，濃密的氣體中包含三個(gè)星系內(nèi)核，這讓大內(nèi)正己非常興奮，這是見(jiàn)證多個(gè)星系大碰撞融合成長(zhǎng)的直接證據(jù)。
遠(yuǎn)古宇宙星系中的星爆現(xiàn)象
隨后大內(nèi)正己調(diào)用了阿爾瑪望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了碳?jí)m埃及其他物質(zhì)的輻射探測(cè)，但最后的數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)碳線輻射的現(xiàn)象，這說(shuō)明卑彌呼是一個(gè)完全被氣體所覆蓋的超大星系，沒(méi)有塵埃物質(zhì)就可以認(rèn)為是宇宙起源之后的第一批所誕生的天體。
對(duì)于第一代恒星或星系的誕生之謎，塵?；蛑卦氐某霈F(xiàn)是一個(gè)重要的標(biāo)識(shí)點(diǎn)。加州理工大學(xué)的理查德。埃利斯也在研究卑彌呼，他認(rèn)為阿爾瑪望遠(yuǎn)鏡是探測(cè)碳輻射的最好的技術(shù)手段，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)卑彌呼存在碳線輻射的問(wèn)題，這不僅是個(gè)謎題也說(shuō)明了卑彌呼是宇宙黎明的第一批形成的天體。
遠(yuǎn)古超級(jí)大星系的研究意義
星系大碰撞模擬圖片
那些誕生于宇宙黎明時(shí)刻的遠(yuǎn)古星系被發(fā)現(xiàn)，對(duì)于科學(xué)家研究宇宙起源有著非同一般的價(jià)值，早期誕生的星系及天體壽命短暫，一般幾百萬(wàn)年以后就會(huì)進(jìn)入死亡時(shí)刻而后又開(kāi)始重生。對(duì)于遠(yuǎn)古第二代恒星及星系的組成通常都會(huì)具有碳線的特征，這是因?yàn)楹阈窃跉缰H會(huì)產(chǎn)生大量的碳、氧、氮等重元素，各種重元素被大規(guī)模的爆炸沖擊力給拋灑向宇宙各處，我們通過(guò)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡依然可以探測(cè)到重元素的輻射波。所以重元素成為了鑒別第一代恒星的重要標(biāo)簽，而那些遠(yuǎn)古超級(jí)大星系也是如此，就像卑彌呼的碳線缺失一樣，整個(gè)多星系多重融合過(guò)程都是以氣體的形式參與構(gòu)建和演化，從而見(jiàn)證了宇宙黎明時(shí)刻的第一代恒星及星系的誕生演化場(chǎng)景。
宇宙中20%左右的橢圓形星系本質(zhì)上大多都是瀕臨死亡的物質(zhì)，包括一些超級(jí)大星系在內(nèi)，它們的壽命通常不會(huì)超過(guò)1000萬(wàn)年，從誕生之后很快進(jìn)入了死亡階段。和漩渦形星系不同的是，橢圓形星系的造星活動(dòng)密集星爆現(xiàn)象發(fā)生頻繁，這和漩渦形星系內(nèi)很難找到大量的造星材料形成了鮮明的對(duì)比。在超級(jí)大星系中多數(shù)是一些老年的恒星，所以說(shuō)巨型星系是接近死亡狀態(tài)的星系不無(wú)道理。
超級(jí)宇宙風(fēng)
巨型星系在毀滅時(shí)會(huì)發(fā)生超級(jí)風(fēng)現(xiàn)象，我們知道通常大質(zhì)量的恒星在爆炸時(shí)發(fā)生射流現(xiàn)象，將大量的載有重元素的物質(zhì)被拋射向周?chē)笮窍禋缢纬傻某?jí)風(fēng)的能量足以將物質(zhì)拋向幾萬(wàn)光年之外，事實(shí)上超級(jí)風(fēng)將是巨型星系改變命運(yùn)的主要因素，超級(jí)風(fēng)的力量把整個(gè)星系內(nèi)所有的造星材料給吹響宇宙各處，從此巨型星系失去了穩(wěn)定造星的機(jī)會(huì)。
巨型星系的大碰撞多重融合不僅是宇宙的過(guò)去式，而且也是未來(lái)式。漩渦形星系在演化中同樣也是會(huì)出現(xiàn)大碰撞多重融合的現(xiàn)象，只不過(guò)這種過(guò)程對(duì)于我們而言極為遙遠(yuǎn)和漫長(zhǎng)，無(wú)法見(jiàn)證在某一時(shí)刻所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)。不過(guò)通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬演化過(guò)程，我們可以感受到非常形象的大碰撞融合構(gòu)建過(guò)程，科學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬預(yù)演，我們的銀河系跟距離2300萬(wàn)光年的仙女座正在以每小時(shí)40萬(wàn)公里的速度相互接近，這源于科學(xué)家對(duì)仙女座精確地觀測(cè)得出的結(jié)論。碰撞時(shí)間預(yù)測(cè)在40億之后，也就是說(shuō)40年之后，銀河系和仙女座兩個(gè)星系將會(huì)產(chǎn)生大碰撞，大碰撞的融合演化過(guò)程將會(huì)持續(xù)30億年，預(yù)計(jì)70億年之后銀河系和仙女座將完全融合形成了一個(gè)超級(jí)大星系。
仙女座與銀河系相撞圖片
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