天文學(xué)家的發(fā)現(xiàn)總會引發(fā)更多的謎題,而非對已有謎題進(jìn)行解答。但就在去年,科學(xué)家們解開了10個已困擾他們多年的宇宙謎題。

10. 位于銀河系中心的奇怪物體到底是什么?

很長一段時間以來,天文學(xué)家一直試圖解釋位于銀河系中心的不明物體G2的本質(zhì)。剛開始,他們認(rèn)為G2只是一團(tuán)不斷向黑洞移動的氫氣云。但G2卻并不像受到黑洞引力的樣子。因?yàn)槿绻艿胶诙吹囊?G2將會發(fā)生巨大的爆炸,這將大大改變黑洞的構(gòu)造。而G2卻只是沿著軌道運(yùn)行,并未發(fā)生大的改變。

來自加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的天文學(xué)家團(tuán)隊利用位于夏威夷的凱克天文臺,最終解開了G2的謎團(tuán)。通過自適應(yīng)光學(xué)技術(shù),望遠(yuǎn)鏡能夠還原由于地球大氣層造成的空間失真,從而能夠更清楚地看到黑洞附近的空間情況。

天文學(xué)家由此得知,G2是一顆由氣體和塵埃包圍著的巨大星體。這些氣體和塵?？赡苁撬浇鼉深w雙子星的合體造成的。黑洞的引力會導(dǎo)致這類雙子星合體的發(fā)生,并最終導(dǎo)致黑洞附近更多與G2相似的雙子星發(fā)生合體。這類合體星體將不斷膨脹,直至一百萬年后才可能停下來。

G2也正在經(jīng)歷這種意大利面式的膨脹過程,或者說,延伸化。這種情況于黑洞附近的大型物體來說比較常見。

9. 我們附近的矮星系中存在著形成星體必需的物質(zhì)嗎?

在一群受到重力束縛而形成的星系中,銀河系是其中最大的星系。距離銀河系最近的星系叫做矮橢球星系。天文學(xué)家猜想,就像銀河系邊緣1000光年外的矮不規(guī)則星系(不受銀河系重力束縛)存在著能形成行星的條件,這些近前的矮星系中存不存在這些條件呢?這些遙遠(yuǎn)的矮星系含有大量的中性氫氣體,正是這些氣體促成了星體的形成。

運(yùn)用敏感度較高的射電望遠(yuǎn)鏡,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些圍著銀河系以特定軌道運(yùn)行的矮星系中并不存在形成星體的氫氣。這將歸咎于銀河系本身,更準(zhǔn)確地說,環(huán)繞著銀河系的熱氫等離子光環(huán)才是罪魁禍?zhǔn)?。?dāng)附近的矮星系繞著軌道而行時,因軌道速度而產(chǎn)生的壓力撕裂了本應(yīng)圍繞著它們的中性氫氣體,因此,這些星系才無法形成星體。

8. 實(shí)際上到底存在著多少暗物質(zhì)呢?

根據(jù)最新對銀河系形成的解釋理論——蘭姆達(dá)冷暗物質(zhì)理論,我們原應(yīng)憑肉眼也能看到銀河系附近的幾個較大的衛(wèi)星星系。而事實(shí)上,我們看不到。

因此,西澳大利亞大學(xué)的天體物理學(xué)家Prajwal Kafle博士決定通過測量銀河系暗物質(zhì)的總量來找出原因?！靶求w、塵埃、你和我,所有我們能看到的東西只占了整個宇宙的4%”,他說,“暗物質(zhì)占了大約25%,剩下的都是暗能量?！?/p>

利用一項(xiàng)1915年(當(dāng)時并未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì))的技術(shù),Kalfe通過詳細(xì)研究銀河系星系星體運(yùn)行的速度來測量銀河系暗物質(zhì)的總量。他甚至還將銀河系邊緣算入計算范圍。他計算得出,與之前天文學(xué)家估算的數(shù)量相比,銀河系暗物質(zhì)的總量要少50%。

基于Kafle的計量結(jié)果,蘭姆達(dá)冷暗物質(zhì)理論預(yù)言我們應(yīng)該僅能以肉眼看見銀河系附近的3個衛(wèi)星星系,即小麥哲倫星云,大麥哲倫星云,以及人馬矮星系。這與天文學(xué)家所見一致。Kafle博士解決了困擾天文學(xué)家近15年的謎團(tuán)。

科學(xué)家還能測量出逃離銀河系重力所需的速度,即550千米(350英里)每秒。這是火箭飛離地球所需速度的50倍。

7. 爆發(fā)星內(nèi)部到底發(fā)生了什么?

利用無線電干涉測量技術(shù)(即結(jié)合來自幾個不同射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)來得出更清晰的圖片的技術(shù)),在2013年12月時,天文學(xué)家就能夠觀察恒星轉(zhuǎn)變成新星的過程,即爆發(fā)中的恒星,也被稱作爆發(fā)星。這就使得他們能夠解決伽瑪射線以及高能電磁輻射的產(chǎn)生之謎。

就如曼徹斯頓大學(xué)的Tim O’Brien所說,“當(dāng)雙星系統(tǒng)(即兩顆彼此被對方引力控制而繞對方旋轉(zhuǎn)的恒星系統(tǒng))中伴星的氣體落在白矮星表面,這時白矮星表面就會產(chǎn)生熱核爆炸,并以幾百萬英里每小時的速度向太空噴發(fā)氣體。這就是新星的發(fā)生過程?！?/p>

有時,恒星爆炸后會產(chǎn)生新星,然而這一爆炸過程是很難預(yù)測的。噴射出的物質(zhì)很快便蔓延到整個恒星的運(yùn)行軌道平面。不一會兒,一陣更為快速的粒子流從白矮星射出,并與緩慢移動的物質(zhì)相碰撞。結(jié)果卻使得粒子流速度變得更快,這便產(chǎn)生了伽瑪射線。

6. 為什么月球背面沒有“臉”?

1959年,蘇聯(lián)的宇宙飛船“月球3號”首次向世人展示了月球背面的圖像。當(dāng)時天文學(xué)家們就對月球背面的高地情況產(chǎn)生了疑惑。沒有人能解釋為什么月球的背面與面向地球的這一面差別如此之大。

月球背面布滿了環(huán)形山。與面向地球這一面相比,月球背面并不存在一些暗斑(這些暗斑由大片的玄武巖形成)。正是由于這些暗斑,才造成了月球表面的“人臉”。

賓州州立大學(xué)的天體物理學(xué)家們相信他們已經(jīng)解答了這一謎題。月球背面暗斑的缺失證明了月球背面存在著一層厚厚的鋁和鈣的沉積物。

某理論提出,地球形成初期,曾有一塊火星大小的行星撞擊了地球。這次的撞擊物噴射到太空并最終形成了月球。地月之間的潮汐作用使得總是月球的同一面面向熾熱的地球。因此,月球面向地球的這一面總是保持著熱度,而背面卻冷卻了下來。這就使得月球背面形成了厚厚的外殼。

這些賓州州立大學(xué)的天體物理學(xué)家還認(rèn)為正是這一堅硬的外殼妨礙了玄武巖的巖漿流出表面。當(dāng)流星撞擊月球時,它們能夠?qū)⒚娉厍虻倪@一面的表面撞破,使巖漿流出來,而這便形成了構(gòu)成“人臉”的暗斑。

但麻省理工學(xué)院的研究者卻從NASA“圣杯”計劃提供的新信息中得出了新的結(jié)論。他們認(rèn)為月球上的“人臉”有可能是由月球內(nèi)部的巖漿造成,而非行星撞擊。然而,這些研究者并不能確定這些巖漿如何產(chǎn)生。他們需要更多的信息來證實(shí)自己的理論。

5. 那些太空中的光線到底是什么?

如果天氣晴朗,你會抬頭看到夜空繁星滿天。若用望遠(yuǎn)鏡觀察,你還能看到行星、星云和各個星系。但如果用X射線探測器看的話,你會看到滿天明亮的X射線,這就是天文學(xué)上的彌漫X射線背景。

50多年來,這些光線的來源成謎。學(xué)界對此有3種猜測。一是它們的射源可能在太陽系以外;二是它們可能來自局部熾熱的氣泡;三是它們可能產(chǎn)生自太陽系內(nèi)部。研究人員發(fā)射了一個火箭以測量彌漫X射線輻射,并解決了這一謎題。

這些X射線輻射大多來自離地球幾百光年外的熾熱氣泡,其余(少于40%)輻射則來自太陽系內(nèi)部,離地球只有幾個天文單位遠(yuǎn)。這些熾熱的氣泡可由恒星風(fēng)和超新星爆炸產(chǎn)生,后者的發(fā)生會在太空形成巨大的黑洞。如果另一顆超新星爆炸于這些洞中,這些就能發(fā)出X射線的熾熱氣體可能會形成氣泡。

當(dāng)太陽風(fēng),即來自太陽內(nèi)部帶電粒子流,撞擊中性氫和氦時,太陽系內(nèi)部也能向外發(fā)射X射線。直到天文學(xué)家可以解釋這些天空中的光線時,邁阿密大學(xué)的Massimiliano Galeazzi這樣總結(jié),“這就像夜晚漫步天際并看到這些光,但卻不知道這些光是射自10碼外還是1000英里外。”

現(xiàn)在,我們終于知道這些光的射源不僅近在咫尺還遠(yuǎn)在天邊。

4. “七姊妹”星團(tuán)到地球的實(shí)際距離到底有多遠(yuǎn)?

昴宿星團(tuán),也叫“七姊妹”星團(tuán),是金牛座的一個著名星團(tuán)。天文學(xué)家以此星團(tuán)為樣本,研究上百顆近一億歲的年輕恒星。他們通過研究昴宿星團(tuán)來解釋星團(tuán)的形成,并以昴宿星團(tuán)的距地距離為基準(zhǔn)線,以測量其他星團(tuán)到地球之間的距離。

剛開始,天文學(xué)家們以為昴宿星團(tuán)離地距離約為430光年。但之后,能精準(zhǔn)測量上千恒星的歐洲依巴谷衛(wèi)星計算出兩者距離實(shí)為390光年?！皟蓚€數(shù)字之間雖說差別不大,但對昴宿星團(tuán)恒星的物理特性來說,這個差別可能顛覆我們對恒星形成和進(jìn)化的一般性理解?！奔永Ｄ針I(yè)大學(xué)的Carl Mellis解釋說。

通過射電望遠(yuǎn)鏡的網(wǎng)絡(luò),天文學(xué)家運(yùn)用視差技術(shù)(即科學(xué)家從地球繞太陽運(yùn)行軌道的遠(yuǎn)近兩側(cè)來觀察昴宿星團(tuán)的方向變化)測量了地球到昴宿星團(tuán)的距離。新得出的距離是443光年,誤差在1%以內(nèi)。這說明了依巴谷衛(wèi)星測量結(jié)果有誤,并引起了人們對依巴谷衛(wèi)星測量出的其他118,000顆恒星距地距離的懷疑。

3. 銀河系鄰近地區(qū)到底有多大?

以靈敏度較高的射電望遠(yuǎn)鏡所規(guī)定的超星系團(tuán)的邊界劃分,天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)我們所處的銀河系隸屬于最近才被定義的超大超星團(tuán)系“拉尼亞凱亞”(Laniakea,夏威夷語,意為“龐大的天堂”)。以此為名是為了紀(jì)念一群以天空為導(dǎo)向、穿越了太平洋的波利尼西亞航海家。

囊括10萬星系在內(nèi),拉尼亞凱亞超星系團(tuán)直徑為5億光年,質(zhì)量是太陽的10 17倍。而銀河系處在拉尼亞凱亞的邊緣。天文學(xué)家也對巨引源(the Great Attractor),即銀河系星際空間內(nèi)的重力的焦點(diǎn)有了更多的認(rèn)識。巨引源對本星系群具有內(nèi)聚吸引力,并對其他星系團(tuán)產(chǎn)生影響。

“我們終于確定了我們能夠稱之為家的超星系團(tuán)的輪廓,”夏威夷大學(xué)的R. Brent Tully說,“這就像第一次發(fā)現(xiàn)你的家鄉(xiāng)其實(shí)位于一個更大的、毗鄰他國的國家感覺一樣?！?/p>

2. 等待著地球的厄運(yùn)是什么?

天文學(xué)家們正在從事著類似于天文考古的工作,即研究主星消亡后的行星廢墟。最初的發(fā)現(xiàn)表明,地球?qū)⒚媾R厄運(yùn)。

一切始于一項(xiàng)意在解決死亡的白矮星污染之謎的任務(wù)。白矮星的大氣層本應(yīng)只含純氫或純氦,但卻經(jīng)常被重元素碳、鐵和硅所污染。

最初,科學(xué)家們相信恒星內(nèi)部的元素由于極端輻射而滲出了星球表面。但是,當(dāng)運(yùn)用功能強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行深入研究時,天文學(xué)家們卻在白矮星的大氣層中發(fā)現(xiàn)碳、磷、硅和硫等元素。這些大氣受到污染的恒星與平常的恒星相比,硅碳比更高。事實(shí)上,這個比率與巖石行星的硅碳比相同。

“我們20 多年來一直在試圖解決這些恒星的構(gòu)成之謎,”萊斯特大學(xué)的教授Martin Barstow說,“了解到它們正在吞沒行星系殘余這一點(diǎn),讓人感到興奮不已,或許這就像我們一樣?！?/p>

所以這就是等待著地球的厄運(yùn)。從今往后的數(shù)十億年時間里,我們的星球不過會變成太陽殘骸中的一點(diǎn)巖石污染而已。

1. 銀河系的結(jié)局是什么?

通過解決關(guān)于星系如何演變之謎,研究人員還對銀河系的命運(yùn)有了更多的理解。他們知道了一些星系的演化會受其中心的特大質(zhì)量黑洞的影響,而在銀河系中心也存在著這樣一個黑洞。這些黑洞將這些受其影響的星系中幾乎所有冷氣體全都驅(qū)逐了。沒有足夠的冷氣體,這些星系就不能形成新的恒星。

氫氣分子云的流出雖然也屬星系演化理論的一部分,但研究人員對這些流出的氣體如何加速感到迷惑不解。當(dāng)使用先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡來研究鄰近星系 IC5063后,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)從中央黑洞噴射出的高能電子流,加速了氫氣分子云的外流。

這也透露了銀河系的最終結(jié)果:在大約 50 億年后銀河系將與其鄰近的仙女座相撞。兩個星系碰撞時,氣體會積聚在星系中心,為特大質(zhì)量黑洞提供動力。這將形成電子流的噴射,從而將殘留在星系中的氣體全部驅(qū)逐出去。當(dāng)發(fā)生這種情況時,合并的星系將無法形成新的恒星。

+ 一切僅僅都是幻覺嗎?

我們自認(rèn)對宇宙很了解。但美國能源部的費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們正在進(jìn)行一個叫“Holometer”的激光實(shí)驗(yàn),看看我們是否真的生活在全息圖中。這意味著我們的三維世界僅僅是一種錯覺,一切其實(shí)只是二維影像。

就像電視節(jié)目中的人物相信他們生活在一個三維的世界,但其實(shí)他們困于二維屏幕上一樣?？茖W(xué)家們認(rèn)為,如同電視屏幕上的像素裝載著數(shù)據(jù)點(diǎn)一樣,宇宙中的信息也裝載于類似的數(shù)據(jù)包中。當(dāng)你站得離電視較近時,你可以看到屏幕上單個的像素。但當(dāng)你遠(yuǎn)離電視機(jī)時,所有像素就形成了圖像。

說不定我們的世界也如此,而我們的“像素”空間面積比原子還小約 10 12倍?！拔覀兿胍C實(shí)時空是否就像物質(zhì)的量子系統(tǒng),”費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Craig Hogan說,“如果我們看到某物,它將完全改變我們幾千年以來的空間概念?！?/p>

當(dāng)這一刻來臨,或許整個世界也將因此深陷困擾。