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我们正在被一个看不见的巨兽拉过去—聊聊银河系到达巨引源的时间

说出来你可能不信,此时此刻,我们所在的银河系正以大约 每秒600公里 的速度在宇宙中狂奔,你坐在椅子上刷手机,我在敲字,地球在自转,太阳带着地球绕银河中心转,而整个银河系还在往一个更大的方向飞——目的地有个听起来就很唬人的名字:巨引源

我第一次看到这个词的时候脑子里蹦出来的画面是宇宙深处蹲着一只巨大的怪兽,张着嘴等着银河系自己送进去,后来查了一圈资料,发现这个比喻可能还真不算太离谱。

我们正在被一个看不见的巨兽拉过去——聊聊银河系到达巨引源的时间

巨引源到底是个什么东西

先别急着脑补黑洞吞噬星系的画面,巨引源不是黑洞,也不是某一个大质量天体,它更像是一片引力异常强烈的区域

这事儿得从20世纪70年代说起,天文学家在观测宇宙微波背景辐射的时候发现了一个奇怪的现象——银河系相对于宇宙背景的运动会造成一侧的辐射稍微偏蓝,另一侧偏红,这个测量结果显示银河系正在朝着长蛇座和半人马座交界的方向高速移动,但那个方向上肉眼能看到的东西,质量远远不够产生这么大的引力。

换句话说,有什么东西藏在那里,我们看不见,但它的引力大到能让整个银河系往它那边跑

后来随着X射线天文台和射电望远镜的观测能力提升,科学家终于搞清楚了:那个方向上是矩尺座星系团,它本身就质量惊人,而在它后面还有夏普力超星系团——距离我们约6.5亿光年,包含了超过8000个星系,总质量大约是银河系的一万倍,这两个家伙加在一起,再加上周围一堆星系群和暗物质,共同构成了这个“引力洼地”,也就是我们现在说的巨引源。

不过有个关键点得说清楚:我们能看到巨引源的一部分,但它的核心区域被银河系自己的盘面挡住了,那块区域天文学家管它叫“隐匿带”,因为银河系中心的尘埃和恒星太密集,可见光根本透不过去,这也是为什么早期观测总是一头雾水——你望远镜对着那个方向,全是自家银河系的“前景遮挡”,好在X射线和红外波段能穿透这些尘埃,近年来的观测才逐渐把巨引源的真面目拼凑出来。

要去多久?先把账算清楚

的问题之前,我们得先知道两个数字:

  • 巨引源离我们大约 2亿光年
  • 银河系目前正以大约 每秒600公里 的速度朝它靠近(请注意这个速度还会变)

做个简单除法的话——等一下,先别急着拿2.2亿光年除以每秒600公里,我得先把单位统一一下,这是我们当年中学物理老师最强调的事。

每秒600公里,换算成年移动距离:

600 × 60 × 60 × 24 × 365 ≈ 89×10¹⁰ 公里/年

也就是每年差不多走 002光年

2亿光年除以这个数字:

2×10⁸ ÷ 0.002 ≈ 1×10¹¹ 年

也就是大约 1100亿年

看到这个数字的时候你可能跟我第一次算完的反应一样——等等,宇宙年龄不是才138亿年吗?怎么到达时间比宇宙年龄还长那么多?

这就要说到整个故事里最反直觉的部分了。

我们永远到不了

这里需要引入一个概念:宇宙正在膨胀,而且是在加速膨胀

简单说就是,宇宙空间本身在变大,星系之间的距离在不断被拉伸,目前宇宙膨胀的速率大约是 每百万秒差距每秒70公里(这是哈勃常数,具体值各家测出来略有差异,取70这个数方便算),巨引源离我们约2.2亿光年,折算下来——它因为宇宙膨胀而远离我们的速度,差不多也在每秒5000公里这个量级。

一个秒速600公里地追,一个秒速5000公里地退。

追不上。

这还不算完,暗能量驱动的宇宙膨胀是在加速的,也就是说巨引源逃离的速度只会越来越快,相比之下,银河系本身的运动速度不会有明显增加(引力加速度有限),所以严格来说,银河系不但永远无法到达巨引源,我们和它之间的实际距离还会越拉越大

前面算出来的1100亿年只是一个理想化的、无视宇宙膨胀的“静态宇宙”计算结果,放在真实的膨胀宇宙里,这个数字没有实际意义。

不过要说完全没有意义也不对——至少它让我们直观感受到了一种荒谬感:银河系明明被巨引源拖着跑了上百亿年,却永远不会真的到达那里。

既然到不了,那正在“靠近”又是什么意思

这个问题很关键,前阵子我跟一个搞天体物理的朋友吃饭聊到这个,他给我打了个比方,我觉得挺好理解:

想象你在一条传送带上往后走,传送带本身在往前移动,如果你的速度比传送带慢,你实际上还是在被传送带带向前——尽管你往后的方向没变,但对地面来说你在往前,这就是银河系的处境,我们确实在往巨引源方向运动,这个方向是真实存在的,局部空间里的运动矢量指向它,但宇宙膨胀这个“传送带”把我们脚下的空间往外拉,拉的速度远大于我们在空间里移动的速度。

靠近”只存在于一种意义上:如果宇宙不膨胀,我们会走到那里,或者换一个说法,在几十亿年前,宇宙膨胀还没现在这么快的时候,银河系和巨引源之间的距离确实在缩小,但随着暗能量在宇宙能量密度中的占比越来越高,约50亿年前膨胀开始加速,距离缩小的趋势逐渐被逆转。

下面这个表格把几个关键信息整理了一下,方便你一眼看明白:

项目数据
巨引源距离约2.2亿光年
银河系朝向巨引源的速度约600 km/s
该方向宇宙膨胀导致的退行速度约5000 km/s(估算)
静态宇宙假设下的到达时间约1100亿年
现实情况永远无法到达,距离还在拉大

我们正在被一个看不见的巨兽拉过去——聊聊银河系到达巨引源的时间

这件事跟我们有什么关系

聊到这儿你可能会想,这动辄上亿光年、千百亿年的时间尺度,跟明天早上要不要早起上班有一毛钱关系吗?

其实我第一次读完巨引源的相关资料,最大的感受不是渺小——虽然客观上确实很渺小——而是觉得有点好笑,我们头顶上,整个星系正在被一个看不见的东西疯狂吸引,气势汹汹地狂奔了上百亿年,结果发现永远追不上目标,像不像有时候你拼命努力却发现方向本身就设错了的那种感觉……好了不瞎类比了。

但说真的,知道这些事之后,晚上抬头看星空的时候感觉会不一样,长蛇座和半人马座的交界方向,在夏天的夜空中并不起眼,那一片天空甚至有点暗淡,可就是那个方向,藏着我们整个星系的命运牵引者,你肉眼看到的每一颗属于银河系的星星,包括你自己身体里的每一个原子,都在被那个看不见的力量拉着走。

至于巨引源本身长什么样,核心区域到底是什么结构,有无数的星系正在那里汇集碰撞,还是说那只是更大尺度上某个结构的边缘——这些问题的答案可能还要等下一代更灵敏的X射线望远镜和射电望远镜阵列来给出,天文学家在2005年利用Parkes射电望远镜对隐匿带进行巡天观测(文献:HIPASS巡天数据),已经发现了不少之前被遮挡的星系团,但巨引源核心的全貌,目前还拼不完整。

所以你看,有些问题就算暂时无解,光是知道它的存在本身,就已经足够让人在夏夜的院子里多站一会儿了。

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