天文学家的尺寸焦虑,什么比银河系列大一些
去年秋天回老家,夜里带小侄子看星星,他指着天上那条淡淡的光带问:“叔叔,银河系是不是最大的?”我愣了一下,脑子里蹦出来的答案全是否定的——但这个否定背后藏着的宇宙图景,让我一时不知道怎么用三言两语说清楚。
其实很多人都有类似的直觉:银河系已经大到难以想象了,直径大约10万到18万光年,包含1000亿到4000亿颗恒星,光从这一端飞到那一端的时间,比人类文明史还长几百倍,它应该差不多了吧?但在天文学家眼里,银河系只是一个中等偏上的普通星系。
本星系群:银河系的“邻里社区”
银河系的第一层“上级单位”叫本星系群,这名字听着像微信里的“XX小区业主群”,实际上它确实像个松散的邻里社区——直径约1000万光年,包含了超过80个星系,大部分是矮星系。
这里有个扎心的事实:银河系在这个群里甚至不是老大哥,真正占据C位的是仙女座星系,直径约22万光年,恒星数量估计有1万亿颗,差不多是银河系的两倍,它和银河系正以每秒约110公里的速度相互靠近,预计40亿年后会来一场“星系大碰撞”,不过别担心,恒星之间的距离太远了,所谓的“碰撞”更像是两团雾相互穿过。
| 结构名称 | 成员数量 | 尺度(光年) |
| 银河系 | 1个星系 | 10万-18万 |
| 本星系群 | 80个以上星系 | 约1000万 |
| 室女座超星系团 | 数千个星系 | 约1.1亿 |
| 拉尼亚凯亚超星系团 | 约10万个星系 | 约5.2亿 |
| 双鱼-鲸鱼座超星系团复合体 | 数十个超星系团 | 约10亿 |
看着这个表,我突然理解小侄子为什么沉默了,每一级都比上一级大了将近一个数量级,而我们脑子里的“大”在每个尺度上都会被重新定义。
室女座超星系团:我们属于一个更大的“城市”
本星系群再往外看,我们属于室女座超星系团,它的尺度一下子跳到约1.1亿光年,包含数千个星系,中心有一个巨大的星系团——室女座星系团,里面挤着超过1300个星系,引力把整个超星系团维系在一起。
1990年代的天文学教科书大多认为室女座超星系团已经够大了,但2014年,一项由布伦特·塔利等人发表在《自然》杂志上的研究,把这个认知彻底打破了。
拉尼亚凯亚:认清“家”的全貌
塔利的团队通过测量星系的运动速度,发现了更宏大的结构——拉尼亚凯亚超星系团,这个词在夏威夷语里意为“无尽的天堂”,直径达到惊人的5.2亿光年,包含约10万个星系,银河系只是它边缘的一个小点。
这里有个让我特别感慨的细节,为了画出拉尼亚凯亚的范围,研究者们追踪了星系的“流”,发现宇宙空间里的星系并非随机分布,而是像河流一样沿着丝状结构流动,最终汇入一个叫做“巨引源”的地方,你可能正坐在椅子上读这篇文章,而脚下的地球正以每秒约600公里的速度,和银河系一起被拖向那个我们至今无法直接观测的区域,这个速度比你坐过的最快的飞机还要快几百倍,但尺度大到日常生活里完全感受不到。
双鱼-鲸鱼座超星系团复合体:尺度还在扩大
事情并没有在拉尼亚凯亚这里结束,拉尼亚凯亚本身属于一个更大的存在——双鱼-鲸鱼座超星系团复合体,绵延约10亿光年,包含了数十个超星系团,1987年,天文学家布伦特·塔利(对,又是他)首次描述了这一结构,它像一条巨大的“星系长城”,是已知宇宙中最大的结构之一。
到这里你可能已经有点晕了,我试着用开车来类比:
- 如果银河系是你家小区,
- 那本星系群就是所在的街区,
- 室女座超星系团是整座城市,
- 拉尼亚凯亚是一个省,
- 双鱼-鲸鱼座复合体呢?大概相当于大半个中国。
然后问题来了——再往外是什么?
理论上,比双鱼-鲸鱼座复合体更大的结构不应该存在,因为宇宙在大尺度上应该是均匀的,但现实中,天文学家发现了一些更吓人的东西。
更大的存在:巨引源和宇宙长城
刚才提到的巨引源,位于拉尼亚凯亚中心,距离我们约2亿光年,它的引力大到什么程度?整个拉尼亚凯亚范围内的星系都在朝它缓慢坠落,2016年的最新测量估计,巨引源的质量大约是太阳的1千万亿倍级,如果你觉得这个数字太大难以理解,这么说吧——它相当于把几万个银河系的质量捏在一起所产生的引力中心,它不是个天体,也看不见,是一个超大质量的引力异常区域。
2013年,天文学家在离我们更远的地方又发现了一个巨大的伽马射线暴环——武仙-北冕座长城,延伸超过100亿光年,包含了数十亿乃至数万亿个星系,它大到了几乎违背宇宙学原理的程度,这是目前人类已知最大的单一结构。
写到这里我不得不承认,天文学干的事情,某种意义上就是不断地摧毁人类的自我中心想象,哥白尼把地球从宇宙中心踢开,哈勃证明了银河系不过是亿万个星系中的一个,拉尼亚凯亚告诉我们银河系只是边缘小角色,而那些“长城”结构则暗示,也许我们连“宇宙的典型区域”都算不上。
那些比大更大之后的事
我后来给小侄子换了个说法,我说银河系不是最大的,甚至连“最大”这件事在宇宙里根本不重要,更迷人的东西在另外的地方——比如我们正在朝巨引源坠落,比如眼前的仙女座星系几十年后会肉眼可见地变大,比如你抬头看到的每一颗星星都位于银河系内部,而银河系本身在那个叫拉尼亚凯亚的巨大网络里,安静地飘着。
他听完“哦”了一声,又去看星星了,不知道他有没有听懂。
不过我想起卡尔·萨根在《宇宙》里写过一段话,大意是:天文学是一门让人谦卑的学问,我们花了很长时间才知道自己不在宇宙的中心,后来又知道银河系也不是,也许到最后,“位置”本身就是一个过时的执念——我们存在于此,能追问这些,已经是极难得的事了。
