當我們抬頭仰望夜空,漫天的繁星無處不在,點綴著黑暗的天空。在良好的觀測條件下,人類的肉眼可以看到大約7000顆左右的星星。而我們看到的大部分星星都是銀河系內的恆星,如果沒有大口徑望遠鏡,遙遠恆星微弱的光線肉眼無法看到,但在這些恆星之外,是距離我們數百萬甚至數十億光年更加遙遠的星系。
雖然宇宙星系是相對獨立的存在,被稱為宇宙中獨立的星星島嶼,但我們也可以看到星系大量聚集所形成的更大結構。例如:星群(團),超星系團,拉尼亞凱亞超星系團(超超星系團)!是不是看到陌生的名詞了?所以今天就了解下什麼是拉尼亞凱亞超星系團?這個超超星系團算不算宇宙中的結構?宇宙中有沒有比超星系團更大的結構?
在我們銀河系所在的本地星系群(團),星系聚集起來的密度通常都比較低,在本星系群中仙女座和銀河系是兩個最大的星系,接著是小得多的三角座星系,還有幾十個更小、更不規則的星系,比如麥哲倫星雲。
比這些小而孤立的星系群更大的星系集合是巨大的星系團,成千上萬個銀河系大小或更大的星系都集中在同一空間區域內,由於引力的作用,在未來這些星系會結合在一起,最終合併成一個超大星系。在宇宙中某些星系團中的星系正在合併,它們逐漸會演化成宇宙中的終極怪!
雖然星系團在規模上非常龐大,密度也非常大,通常包含了超過1千萬億顆恆星,或者說1萬億的太陽品質,跨越了數千萬甚至數億光年,但是在比星系團更大的尺度上觀察宇宙,宇宙的結構還是會變得很清晰。
如果我們把一個空間區域裡的所有星系都畫出來,我們會發現一小群星系(例如:銀河系身處的本星系群)會排列成類似於卷鬚或細絲的結構。在兩條細絲相互交叉的地方,我們可以看到星系團,或者更密集的星系區域。細絲聚集最多的地方,也是星系團聚集最多的地方。那麼細絲中間的區域呢?那是巨大的宇宙空洞,幾乎空無一物的巨大區域。那裡很可能有一些很小,很稀疏的星系,體積和密度低於我們的探測閾值。
在大尺度上,下圖就是宇宙星系團的樣子。下圖中每一個白點都是一個星系,你離遠了看,就能看到星系聚集在一起形成的細絲結構,細絲結構的中間就是宇宙空洞。但是比星系團更大的宇宙結構呢?
宇宙在超星系團尺度下的結構相信你肯定耳聞過超星系團這個詞,我們的銀河系所在的本星系群是一個更大宇宙結構中的一部分,這個結構包括附近的其他星系群和鄰近的巨型室女座星系團,組成了我們的本(室女座)超星系團。而本超星系團只是眾多超星系團中的一個,超星系團自身也會排列在一起,形成一個更大的宇宙結構!
這個和星系團也是類似的,在更大的尺度上,超星系團的絲狀結構,也會相連相交,細絲之間也有巨大的空洞,總體就構成了一個更大的宇宙網。我們認為這(宇宙的大規模結構)是宇宙的終極形態(結構)。
什麼樣的結構才能算“真正的結構”通過我們對引力最佳的模擬,包括正常物質、暗物質和暗能量的正確新增混合,並以任意精度再現了我們實際觀察到的宇宙,精確的模擬告訴我們:我們在正確的物理理論上理解了我們所生活的宇宙。
但問題是:僅僅因為某個東西看起來像一個結構,並不一定意味著它就是一個結構。現在考慮一下宇宙中最簡單的結構之一:一個質子和一個電子,相距僅100皮米左右。
我們說質子和電子構成的這個結構就是一個氫原子,沒有問題。前提是質子和電子的動能要足夠小,它們才可以在電磁力的作用下結合在一起!如果這個電子以接近光速的速度運動,質子和電子就會迅速地分開,根本不會結合在一起!也就是說被束縛在一起的才能算結構。
拉尼亞凱亞超星系團(超超星系團)上圖是拉尼亞凱亞超星系團(超超星系團)的地圖,一個包含了室女座超星系團、長蛇-半人馬座超星系團和孔雀-印地安超星系團的更大的超超星系團。其中有大大小小的星系團近300到500個。
上圖中這個橙色線內團狀物直徑約為5億光年,包含大約100千萬億太陽品質,大約是銀河系品質的10萬倍。我們銀河系就唯一其中某一條絮狀物的“流蘇”上!
但拉尼亞凱亞超星系團究竟是一種結構嗎?事情是這樣的。如果宇宙只由物質組成, 那麼宇宙就沒有加速膨脹來對抗內部所有結構的引力。只要時間足夠長,不僅是星系團,超星系團甚至是更大的絲狀結構都會在引力的作用下塌縮,並隨著時間的推移逐漸形成越來越大的束縛實體和結構。
這些形成的結構不僅會包含成千上萬甚至數十億個星系,跨越數十億甚至數百億光年;在引力的作用下最終通過收縮、合併形成一個星系,這個星系的規模之大足以與目前可觀測到的宇宙相匹敵!
但是我們並不是生活在一個完全由物質構成的宇宙中,無論這些物質是正常的還是黑暗的。而我們生活在一個由暗能量主導的宇宙中,暗能量是空間自身固有的能量。如果有暗能量的存在就足以改變宇宙中的結構。換句話說,有暗能量,宇宙的結構大小就有界限。
因為在宇宙存在的最初80億年間,在引力作用下各種各樣的結構不斷地生長。星系形成並束縛在一起,星群和星團形成相互吸引,束縛在一起,甚至更大尺度的結構開始形成,因為萬有引力開始將這些結構相互吸引,以對抗宇宙的膨脹。
但是大約60億年前,暗能量掌控宇宙並開始加速。這意味著,在前80億年間還沒有被引力束縛在一起的結構,以後都不會結合在一起。相反,宇宙的加速膨脹會讓這些結構互相分離。
現在來看下我們的拉尼亞凱亞超星系團,雖然我們可以看到超超星系團中的星系群、星系團和超星系團的牽引力效應,而且當我們考慮星系數量和相對密度時,它們看起來確實像一個超超星系團,但事實是,它們並不是引力束縛結構,超超星系團的大小永遠不會在引力的作用下縮小,在未來超超星系團的成員也不會合並在一起。
總結:宇宙中沒有比超星系團更大的結構這就要說到上文提到的原子的,質子和電子結合稱為結構,是因為電磁力的束縛。沒有電磁力的束縛,單個質子和電子我們也不會把它們稱為一個原子。這和超超星系團的道理一樣。
因此由於暗能量的存在,我們現在稱之為的“超超星系團”通常不受引力束縛,所以它們也不是宇宙中的類似星系、星系群(團)和超星系團的結構。
所以拉尼亞凱亞超星系團中所有的星系團成員,既不與我們的星系群相連,彼此之間也不會相連,雖然它們的距離和品質足以影響我們在太空中的運動速度,但這又不足以改變我們的宇宙命運,或讓我們在未來結合到一起。我們仍然可以稱它們為超超星系團,但它們並不是真實的宇宙結構,因此並不那麼“超級”!