厨房里的一次宇宙漫游,银河系往上一级,到底是什么?
昨晚煎鸡蛋的时候,突然想到一个事儿,锅里滋滋作响的油,让我莫名其妙联想到银河系——那些翻涌的热浪和旋臂还挺像的,然后一个念头冒出来:银河系已经这么大了,它的上一级是什么?就像一个村属于一个镇,一个镇属于一个县,银河系的“行政规划”到底怎么算?
今天咱们就用聊天的劲儿,把这事儿掰扯清楚,不整那些唬人的术语,用费曼的方法来——如果你没法跟一个孩子讲明白,那就是你自己还没真懂。
先搞清楚银河系本身是个什么角色
很多人下意识觉得,银河系肯定属于某个更大的天体系统,就像月亮绕着地球,地球绕着太阳,但到了星系这个级别,情况稍微有点不一样。
银河系并不是在绕着某一个单独的、更大的“上级天体”公转,它处在一种更复杂、更松散的关系里,如果我们强行类比村-镇-县这套体系,会把自己搞迷糊,因为宇宙结构的逻辑跟地面上的不太一样。
银河系的“家属群”:本星系群
银河系的直接上一级,不只是一颗超级大星体,而是一个星系群,我们所在的这个群叫“本星系群”(Local Group),这名字听起来莫名亲切,有种邻里互助的感觉。
这个本星系群囊括的范围大约是一千万光年,在这个范围内,住着大概五十多个星系,银河系是其中的第二大住户,第一名是我们的邻居仙女座星系,体量比银河系还要大一些,第三名是三角座星系,后面就是一群相对袖珍的矮星系,比如大麦哲伦云、小麦哲伦云,它们像小跟班一样围着银河系和仙女座转。
这里得提一句,本星系群内部其实挺热闹,引力的拉扯让星系之间不断发生着互动,银河系和仙女座星系正在以每秒一百多公里的速度互相靠近,大概四十亿年后,这两大星系可能会来一次盛大碰撞,到时候天空的光景会很不一样。
往上再走一层:从“群”到“团”
如果本星系群算一个社区,那往上就不是社区了,而是进入了星系团的范畴,但本星系群并不属于任何一个星系团,它本身就已经是一个独立的引力束缚系统了,在我们周围更远处,有更为庞大的结构。
离我们最近的大型星系团叫室女座星系团,离地球大概五千万光年,这个星系团的规模跟本星系群完全不在一个量级,里面密密麻麻挤着超过两千个星系,引力在这些区域非常强势,让整个星系团保持相对集中的状态。
如果我们把室女座星系团看作一个省会城市,那本星系群就像散落在城郊的一个小镇,虽然自成一派,但彼此之间引力上仍然有关系,影响着周边的物质流动和星系演化。
更离谱的结构:拉尼亚凯亚超星系团
到这里还不算完,室女座星系团、本星系群,还有周边上百个类似的星系群和星系团,都属于一个更加庞大的结构——拉尼亚凯亚超星系团,这个名字来自夏威夷语,意思是“无尽的天堂”,听起来很壮观。
拉尼亚凯亚的跨度达到了惊人的五亿光年,内部包含大约十万个星系,在这个尺度下,银河系连一个像素点都算不上,超星系团的形态像一片羽毛或者树枝结构,星团密集区沿着纤维状结构分布,中间隔着一片片巨大的空洞区。
到底有没有一个简单的“上级”?
看到这里你可能会问:那银河系到底算谁的?直接给出一个层次关系有点困难,但我们可以把主要的层次列出来,看起来就清楚了:
- 银河系本身:一个拥有几千亿颗恒星的棒旋星系。
- 本星系群:银河系所在的松散星系团体,大约五十多个星系。
- 室女座超星系团:包含本星系群和周围众多星系群团的更大结构。
- 拉尼亚凯亚超星系团:目前已知最大的束缚结构之一,跨度超过五亿光年。
- 双鱼-鲸鱼座超星系团复合体:比拉尼亚凯亚更大一层的纤维状结构,已经接近可观测宇宙的边缘地带。
银河系更上一级的答案是本星系群,但再往上并不是线性的上下级关系,而是越来越复杂的网络状连接,宇宙的大尺度结构,更像是一张巨大的海绵网,星系和星系团分布在网的纤维上,空洞区域则几乎没有星系。
为什么知道这个挺重要
不光是满足好奇心,理解银河系在宇宙中的位置,其实是在理解我们自身的处境,当我们仰望夜空时,那些微弱的星光绝大多数都来自本星系群内,肉眼可见的最远天体——仙女座星系,也是本星系群的成员,超过本星系群范围的星系,不用望远镜基本看不到。
也就是说,人类的肉眼视野,基本就被困在本星系群之内,这个事实本身就很有意思,古人数千年来仰望的星辰大海,其实连自家小区的大门都没出。
几年前,拉尼亚凯亚超星系团的发现,是通过测量星系移动速度构建出来的引力分布图完成的,这种技术上的进步,让人类第一次像绘制地图一样,把宇宙的河流山川标注出来,天文学的魅力也在于此——看得越远,越觉得自身的渺小和奇妙。
一些常见的误解,顺便厘清一下
聊到这儿,顺带说几个容易踩的坑,很多人会把“超星系团”理解成严格围绕某个中心运转的体系,实际上并不是,超星系团目前仍在膨胀中,内部的星系群会因为宇宙的膨胀而逐渐疏散开来,所以超星系团更像是一个暂时的聚集形态,而非永恒存在的稳定结构。
银河系不是直接绕仙女座星系公转,而是两者围绕共同的质心相互运动,这个质心位置在两者之间的某一点,并不固定,引力系统的微妙就在于此,不是单方面的围绕,而是相互适配。
还有一点,我之前煎蛋联想其实并不完全准确,银河系的旋臂更像密度波,那些恒星像车流一样进入旋臂再离开,不是被固定在一个位置不变,这种流动感有点像河面上的涟漪,虽然表面看形状稳定,但底下每一滴水都在往前走。
或许下次厨房里再有什么灵感,又会琢磨出别的宇宙问题,世界本来就这样,越琢磨越觉得深不见底,不过没关系,一步步来,先搞明白银河系的“楼上”住着谁,已经够有意思了。