银河快报

银河系的中心到底围着啥转?我盯着天花板想了半天

昨天晚上躺床上刷手机,看到有人问“银河系的中心是围绕什么转动的”,我第一反应是——黑洞嘛,这还用问?但翻了个身我又觉得不对劲,黑洞只是引力源,那黑洞本身动不动?它围不围着别的东西转?

于是我从床上坐起来,打开电脑查了一圈,才发现问题比我想象的要有意思得多。

先搞明白银河系到底长啥样

咱们每天晚上看到的银河,其实是我们从内部往外看的视角,银河系本质上是一个巨大的棒旋星系,直径大概10万到18万光年,质量大约是太阳的1.5万亿倍,它长得像个煎蛋,中间鼓起来的部分叫核球,往外甩出去几条旋臂。

银河系的主要结构大概是这么几层:

  • 银盘:薄薄的一层,恒星、气体、尘埃都集中在这,厚度大约1000光年
  • 核球:中心的鼓起区域,恒星密度极高
  • 银晕:包裹在外面的球形区域,有球状星团和暗物质
  • 银心:正中心的位置,那里藏着一个超大质量黑洞——人马座A*

好,结构清楚了,那核心问题来了——银河系中心在绕什么转?

那个黑洞,不是一个人在战斗

人马座A*的质量大约是太阳的400多万倍,这个数字听着吓人,但放在整个银河系面前其实不算什么,它只占银河系总质量的不到0.0003%。

很多人以为银河系绕着这个黑洞转,就像太阳系行星绕着太阳转那样,但费曼老爷子说过,你得把概念拆开来看,别糊弄自己,咱们用费曼的方式想一想——如果黑洞突然凭空消失,银河系会散架吗?

答案是:基本不会。

因为整个银河系的转动,靠的是整体质量分布的引力,包括所有恒星、气体、暗物质加起来的总引力,而不是中心那一个点,银心黑洞只是恰好待在最深处而已,它自己是跟着整个系统一起动的。

所以银心本身并没有在“围绕某个单一的物体”转动,它和整个银河系一起,参与着更大尺度的运动。

那银心跟着银河系在干嘛?

这事得一层一层往外看,我查资料的时候发现,银河系的运动层级多到让人头晕。

银河系自身的自转,但星系自转和刚体不一样,它不是像车轮那样整块转,而是较差自转——靠近中心的地方转得快,外侧转得慢,太阳的位置在距离银心大约2.6万光年的地方,绕一圈大概要2.3亿年,这叫一个宇宙年。

但整个银河系作为一个整体,还在更大的尺度上运动着,它属于本星系群,这个群里包含银河系、仙女座星系、三角座星系,还有几十个小星系,本星系群的直径大约1000万光年,银河系和仙女座星系是这个群里最大的两个家伙。

那本星系群的引力中心在哪里?就在银河系和仙女座星系之间的某个位置,所有成员星系都在绕着这个共同的质心运动,而且银河系和仙女座星系正在以每秒大约110公里的速度互相靠近,预计大约45亿年后会撞在一起。

再放大一层,事情更有趣了

本星系群又属于一个更大的结构——室女座超星系团,直径大概1.1亿光年,包含了好几千个星系。

室女座超星系团的引力中心在它的核心区域,也就是室女座星系团的方向,那里集中了大约2000个星系,本星系群整体正朝着那个方向慢慢移动。

还没完,再往上,室女座超星系团是拉尼亚凯亚超星系团的一部分,这个结构大到离谱,直径有5.2亿光年,包含大约10万个星系,拉尼亚凯亚的中心有一个巨大的引力异常区,叫做巨引源

这个巨引源的质量大约是太阳的10^15倍,位于长蛇座和半人马座方向,距离我们大约2亿光年,整个拉尼亚凯亚超星系团里的星系,包括我们银河系在内,都正在被它吸引,缓慢地朝它移动。

所以你要是问我,银河系的中心在围着什么转?我大概会这么捋一遍:

运动层级绕转对象周期/速度
银河系自转整体质量分布中心太阳绕一圈约2.3亿年
本星系群内运动群内共同质心与仙女座互相接近约110km/s
室女座超星系团内运动室女座星系团方向受整体引力场支配
拉尼亚凯亚超星系团内运动巨引源方向约600km/s的速度向巨引源移动

最让我觉得有意思的是,银河系朝着巨引源的移动速度大约是每秒600公里,比银河系内部恒星绕转的速度还快不少,我们以为自己在银河系里安安稳稳过日子,其实全身都在以高速往宇宙深处某个点狂奔。

写到这我突然觉得,人类对“中心”这个词有种执念,总觉得什么都得绕着一个固定的东西转,但宇宙给我们的答案是,运动从来不是简单的绕圈,而是一层套一层的引力舞蹈,那个我们称为银心的地方,它同时参与着好几层运动,根本没有哪一刻是静止的。

大概这就是为什么费曼总说要“怀疑地看待看似简单的答案”,银河系的中心围绕什么转动?它不围绕任何单一的东西转,它和整个银河系一起,在万千星系的引力网中,朝着巨引源缓缓漂流。

想想也挺浪漫的,我们每天都在这小小地球上忙忙碌碌,而脚下这块大地正跟着银河一起,在宇宙里无声地赶路。

银河系的中心到底围着啥转?我盯着天花板想了半天

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