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室女星系团完备的范畴2019-11-08      作者:admin 已查看

  跳出的范畴,我们正在拉尼亚凯亚广漠区域内的旅行从两个矮星系起头——距离我们“仅”有18~22万光年远的大小麦哲伦云。你能够从地球南半球看见麦哲伦云,可是要获得最佳不雅测结果,你必需正在冬天赶赴南极洲。另一个能用裸眼看到的星系是仙女星系,一个庞大的旋涡星系,虽然它即便正在很是暗的夜空里看起来也只是一个恍惚的黑点。

  那么,是什么让我们的本超星系团的本动速度达到了600千米每秒?正在某种程度上,是巨引源调集体。可是我们必需同时考虑到沙普利超星系团的引力拖曳,虽然它的距离是3倍远,可是它具有4倍数量的富星系团。现正在,按照Cosmicflows-2——就是了拉尼亚凯亚超星系团的阿谁星系目次——故事没那么简单。这个目次里的8000个星系的本动速度都表白它们正在分歧地朝向沙普利超星系团活动。这种流动正在Cosmicflows-2目次笼盖的整个14亿光年的范畴内都存正在。它能否会正在某处停下?我们还不晓得。只要操纵更大的巡天项目描画出越来越大的区域,才能出我们局域中星系全体宏伟活动背后的最终根源——以及最终的布局。

  为了正在脚够大的标准上绘制星系流,从而回覆关于暗物质和暗能量的问题,我们需要汇集拾掇大量不雅测项目所能获得的最佳数据。正在2008年,塔利取里昂大学的埃莱娜·M·库尔图瓦(Hélène M。 Courtois)以及他们的同事发布了Cosmicflows目次,他们通过拾掇多个数据源获得了距光年范畴内1800个星系的细致动力学消息。该团队正在2013年更进一步,发布了Cosmicflows-2目次,记实了6.5亿光年范畴内的8000个星系的活动。团队中的一员,来自耶撒冷希伯来大学的耶胡达·霍夫曼(Yehuda Hoffman),开辟了按照Cosmicflows的本动速度数据来切确获得暗物质分布的方式。

  郭宏是中国科学院上海天文台研究员、星系分布取演化课题组组长,次要研究标的目的为大标准布局、星系取暗物质联系关系和星系构成模子等。

  室女星系团四周更大的区域,把我们所正在的也囊括进去,被称做本超星系团。几乎正在30年前,被戏称为“七军人”的一群天文学家发觉,不只正在以几百千米每秒的速度朝半人马座活动,整个本超星系团也都正在做同样的活动。他们把拖曳这些星系活动的奥秘质量称为巨引源。正在很多方面来说,巨引源并不奥秘——阿谁标的目的的物质密度较着很高,由于以它为核心的1亿光年范畴内包含了7个和室女星系团差不多的星系团,此中最大的三个星系团是矩尺星系团、半人马星系团和长蛇星系团。

  近一个世纪之前,科学家就晓得正在膨缩,从而拉动星系远离相互,正如膨缩气球概况的圆点互相分隔一样。然而正在比来十几年他们又认识到,若是星系只受膨缩影响的话,大大都星系彼此远离的速度都该当比现实不雅测成果更快。还有一个较为局域性的力量也正在阐扬感化——来自四周其他物质堆积体的引力拖曳可以或许抵消星系随膨缩的活动。星系现实的活动速度是源于膨缩的星系活动和源于星系局域的活动的总和,尔后者被称为本动速度。

  诺姆·I·里伯斯金是莱布尼茨物理研究所的学家。他利用超等计较机模仿演化和星系构成,专注于、本星系群和环抱我们的矮星系研究。你能够通过@satellitegalaxy关心他的物理推特。

  塔利团队和其他研究者认识到,建立星系流和本动速度的地图可以或许暗物质正在里的分布,从而通过它们对星系活动的引力感化来发觉这种奥秘物质的最大调集体。若是星系的流动标的目的都指向一个特定的点,我们就能够假设这些星系都遭到一个高物质密度区域的引力感化,从而被拖向了这个点。

  若是能够获得大量星系的本动速度数据,天文学家就能够绘制大标准上的星系流。正在这种复杂标准上,星系的流动能够类比于正在 “分水岭”之间蜿蜒流过的河水,只是决定它们活动的不是地形,而是附近布局的引力。正在这些“地形图”上,星系像水流一样流动、正在漩涡里回旋、正在池塘里堆积,这些活动间接了中最大物质堆积体的布局、动力学、发源和将来。

  曲到不久前,本超星系团可能就是你的地址的结尾了。天文学家认为,正在这个标准以上再做申明就毫无意义了,由于正在更大的标准上,由超星系团交错成的边界分明的墙状布局取浮泛就会让位于没有可分辩特征的平均。可是,2014年由本文做者塔利所带领的团队发觉,我们是一个极为复杂的布局的一部门,其庞大程度完全了之前的概念。事明,本超星系团也只是一个愈加庞大的超星系团的一叶,而阿谁超星系团包含了10万个大星系,横跨4亿多光年。发觉这一复杂超星系团的团队把它定名为“拉尼亚凯亚” ——正在夏威夷语里是“无尽的天堂”的意义,来向晚期操纵恒星定位,正在承平洋中航行的波利尼西亚人致敬。的远离拉尼亚凯亚的核心,正在它的最边缘地带。

  让我们旅逛一下我们新发觉的家园拉尼亚凯亚正在流动和奔涌的部门,从最熟悉的部门——你起头。非论你正在读这篇文章时正在地球上活动得是快是慢,你都正在跟着我们星球的其他部门一路以大约30千米每秒的速度环抱太阳运转。太阳本身也正在以大约200千米每秒的速度环绕核心动弹,而包罗正在内的整个本星系群正以跨越600千米每秒的速度向着半人马座标的目的的一个奥秘质量堆积核心疾驰。你大概从未想过,当你只是简单地阅读一本或什么都没做时,竟然能够活动得如斯之快。

  拉尼亚凯亚也可以或许帮帮我们解开暗能量之谜,这种正在1998年发觉的强鼎力量驱动着加快膨缩,并因而会决定的最终命运。而超星系团也可能不是我们地址的最初一行——现实上,它还可能是尚未被发觉的更大布局的一部门。

  按照我们把超星系团做为分水岭的构思,它们的鸿沟是按照星系发散的活动而画出来的,这么说来,所谓的本超星系团。它只是一个更大布局的一部门,也就是拉尼亚凯亚超星系团,后者还包罗了其他的大标准布局,例如孔雀-印第安纤维布局和蛇夫星系团。把拉尼亚凯亚想象成一个城市,我们交通拥堵的市核心就是巨引源区域。正如大部门都会焦点一样,我们很难确定一个精准的核心,它的大要是正在矩尺星系团和半人马星系团之间的某处。按照如许的定位,我们的就被放到了近郊,接近拉尼亚凯亚取邻接的英仙-双鱼超星系团的交壤处。这条边境线正在标准下相对很近,因而我们能够通过对它的细心研究来界定拉尼亚凯亚曲径约5亿光年的近圆鸿沟。总的来说,拉尼亚凯亚的边一般物质和暗物质的总质量相当于大约10亿亿个太阳。

  他们同样认识到,弄清晰中所无形式物质的密度和分布,有帮于处理另一个更的谜题:不只正在膨缩,并且这种膨缩还正在不竭加快。这种行为就像抛向空中的石头向天空曲冲而去并不落回地面一样常理。驱动这种奇异现象的力量被叫做“暗能量”,它对的将来有着深远的影响。加快膨缩意味着最终会履历一个冷却的灭亡过程——大部门的星系会以不竭加速的速度远离相互,曲到每个星系中的每颗恒星都死去,所有物质都冷却到绝对零度,最终的就会。但想要明白晓得最终的结局,不只需要确定暗能量到底是什么,还需要晓得中有几多物质:若是物质密度脚够高,正在物质的自引力感化下,我们的正在遥远将来就可以或许把膨缩反转为塌缩。或者,物质密度刚好正在一个均衡点上,可以或许实现一个不竭减缓可是无限持续的膨缩过程。

  拉尼亚凯亚远不止是我们地址中新的一行。通过研究这个复杂布局的构制和动力学,我们能够更多地领会的过去和将来。绘制星系的分布以及它们的活动模式能够帮帮我们更好地舆解星系是若何构成和增加的,同时能够帮帮我们更多地领会暗物质的素质,天文学家认为,80%的物质都是这种不成见的成分形成的。

  R·布伦特·塔利是夏威夷大学的天文学家,他正在过去的40年里一曲努力于丈量星系的距离和绘制它们正在空间中的分布和活动。他正在1987年取J·理查德·费希尔(J。 Richard Fisher)配合颁发的近邻星系地图仿照照旧是对我们近邻布局分布的最大规模测绘。

  把镜头进一步拉远,我们会相逢室女星系团,它的星系数目是本星系群的300倍,但都挤正在曲径1300万光年的范畴内。这些星系以700千米每秒的典型速度正在星系团内快速穿行,距离星系团外缘2500万光年内的任何星系城市正在100亿年内掉落进去成为它的一部门。室女星系团完整的范畴,也就是最终会被它俘获的星系所正在的区域,目前半径达到了3500万光年。风趣的是,我们的取它之间的距离是5000万光年,刚好位于这个俘获区域的外面。

  天文学家能够通过除了红移外的其他手段丈量星系的距离,从而猜测出星系的速度有几多是来自于局域的引力拖曳感化。例如,基于对膨缩率的细密估量,一个325万光年外的星系的速度该当是大约70千米每秒。赌大小,若是从星系红移获得的速度是60千米每秒,天文学家就能够反过来猜测出这个星系四周的物质调集体给了它10千米每秒的本动速度。取红移无关的距离丈量方式大大都依赖于光的强度取距离平方成反比的定律。也就是说,若是你看到两个不异的灯塔,而且此中一个的亮度只要另一个的四分之一,那么你就晓得较暗灯塔的距离是另一个的两倍。正在天文学里,如许不异的灯塔被称为尺度烛光——无论正在何处发光强度老是不异的。如许的例子包罗某些特定类型的爆炸恒星或者脉动恒星,以至也包罗塔利和J·理查德·费希尔(J。 Richard Fisher)正在1977年起首提出的大质量星系。他们提出的塔利-费希尔关系操纵了如许的一个现实:大质量星系比细姨系光度更高且扭转更快——大质量星系具有更多的恒星,并且由于引力场更强,它们也必需扭转得更快才能连结不变。丈量星系的扭转速度,你就晓得了它的本征光度,再取它的视亮度比拟,你就晓得了它的距离。

  描画星系流需要同时晓得星系源于膨缩的活动和源于附近物质引力的活动。做为第一步,天文学家丈量了星系的红移。红移指的是星系跟着膨缩退行时,它所发出的光的波长也被拉长了。汽笛朝我们活动时比远离时声调更高,由于它所发出的声波频次被压缩到了更高的频次和更短的波长。同样地,远离我们的星系所发出的光波也会偏移到更低的频次和更长、更红的波长——它们退行得越快,红移也越大。因而,天文学家能够操纵一个星系的红移丈量其全体活动速度,并粗略地估量它的距离。

  绘制拉尼亚凯亚超星系团(图中蓝色布局):全体来考虑的话,星系的和活动或是随膨缩而发散的,或是遭到引力感化而聚拢。正在引力的聚拢感化起头严沉障碍膨缩导致的发散活动的,就能够画下超星系团的鸿沟。我们正在这里绘出了跨越8000个星系的,而且用颜色来暗示它们的相对活动 (同时考虑了聚拢和发散活动时的速度和轨迹)。暖色调(和粉色)的轮廓线代表星系团快速地聚拢到一路。拉尼亚凯亚的轮廓线用的是冷色调的蓝色,勾勒出了星系团聚拢最慢的。拉尼亚凯亚横跨快要5亿光年,正在这范畴内的星系团若是没有膨缩的影响的话,将会堆积成单个引力布局。正在拉尼亚凯亚鸿沟之外我们能够看到沙普利、武仙、英仙-双鱼超星系团以及其他临近的超星系团。图片来历:《全球科学》

  天文学家发觉,身处的超星系团要比过去认为的还要大得多。而这一发觉只是从头绘制新地图的第一步。

  把我们能看到的所有星系里的恒星、所有的气体和其他我们晓得的通俗物质都加到一路,发生的引力仍是不脚以注释星系的本动速度,差了一个数量级。出于,我们天文学家称号这些贫乏的部门为“暗物质”。我们相信,暗物质粒子和其他成分只通过引力彼此感化,不会通过其他力(如电磁力)感化,而且暗物质补脚了要注释不雅测到的星系速度所“贫乏”的引力。科学家认为,星系位于暗物质池塘的深处——暗物质像的脚手架,星系环绕着它们不竭堆积成长。

  天文学家正在过去的几十年里也看见了一些可能位于拉尼亚凯亚之外的布局的轮廓。正在七军人发觉巨引源之后,天文学家很快就发觉了一些更大的布局。就正在巨引源的背后,大约3倍远的处所,是一个庞大的星系团堆积体——这是局域中目前所知最稠密的布局。由于天文学家哈罗·沙普利(Harlow Shapley)正在20世纪30年代第一个发觉了它存正在的,这个遥远的庞大布局也被称为沙普利超星系团。(巧合的是,就像本星系墙一样,室女星系团和本超星系团的次要部门,以及巨引源和沙普利超星系团都落正在超星系赤道面上。想象一下一个由超星系团构成的复杂薄饼,你就会对我们的大标准局域有个曲不雅的印象。)

  到目前为止,对拉尼亚凯亚中星系活动的研究显示,它们的行为取支流暗物质分布模子的预言完全分歧——虽然看不到暗物质,但我们能以较高的精度预测中这些不成见的物质储蓄积累正在何处。此外,非论黑白,拉尼亚凯亚中可见物质和暗物质的总密度表白,将永久加快膨缩下去并最终送来冰凉的灭亡,正如研究暗能量的物理学家所设想的那样。

  正在本星系群之外,大约2500万光年的范畴内,正在我们的地图中呈现了三个显著的地标。包罗我们的正在内,这里的大部门星系都身处一个名字起得毫无想象力的系统里——本星系墙(Local Sheet)。顾名思义,它很薄——里面的大都星系都分布正在厚度为300万光年的布局内,它的赤道面被称做超星系坐标系统。赤道面下面有一段空地,再下面是一条星系纤维状布局——狮子支(Leo Spur),还有唧筒和剑鱼云(Antlia and Doradus Clouds)里的星系。而赤道面的上方几乎什么都没有。这片空阔区域是本浮泛(Local Void)的地皮。

  想象一下拜候一个遥远的星系,然后正在寄给家人的明信片上填写收件地址。你可能先写下房子所正在的街道和城市,然后是所正在的——太阳的第三颗地球。接下来,地址中能够列上太阳的正在的猎户臂上,这是星系边缘的一段旋臂。紧接着是正在本星系群(包含跨越50个近邻星系,笼盖了大约700万光年空间范畴)中的。响应地,本星系群也位于室女星系团的外围,而核心距离地球5000万光年的室女星系团具有跨越1000个星系,但也只是本超星系团的一小部门。横跨跨越1亿光年的本超星系团由数百个星系群构成,如许的超星系团一曲被认为是大标准布局最大的构成部门,形成了庞大的纤维状和墙状星系布局,配合环绕正在几乎没有任何星系存正在的浮泛四周。

  跟着目次的扩大,我们惊讶地发觉,海量的数据中躲藏着一个出人预料的模式:一个簇新的、不曾看到过的布局的轮廓。正在跨越4亿光年的范畴内,所有星系团都正在一个局域的“吸引槽”内一路活动,就像水流正在地势的最低点积储一样。若是不是的不断膨缩,这些星系会最终堆积成一个致密的引力布局。这一大群星系配合构成了拉尼亚凯亚超星系团。

  仙女星系距离我们250万光年,以大要110千米每秒的本动速度朝我们疾驰而来。正在差不多40亿年之后,它就会取送面撞到一路,两个星系归并成一个由老年红色恒星构成,没什么特征的卵形。正在这场车祸中,我们的太阳系不太可能会遭到影响——恒星间的距离是如斯之大,没有哪两个恒星能切近到脚以发生碰撞。、仙女星系以及48个其他星系都是本星系群的,而这片区域正正在履历塌缩,由于它的引力曾经打败了膨缩。

  每种尺度烛光都有分歧的最佳工做范畴。雷同制父变星如许的脉动恒星只要所正在星系离很近时才能被很好地不雅测到,所以它们不合用于大标准的距离丈量。塔利-费希尔关系可以或许用于很多旋涡星系,可是估算出的距离的误差最高有20%摆布。雷同Ia型如许的爆炸恒星丈量出的距离误差要小一半摆布,同时正在很大的距离内都能够被不雅测到,可是它们很稀少,正在一般大小的星系内大约一个世纪只要一例。

  这个结论仍然是临时性的,测绘星系流的繁沉担务仍有很长的要走。目前,正在4亿光年内只要20%的星系的本动速度已被丈量出来,并且很多尺度烛光的距离丈量仍然有很大的误差。虽然如斯,这个逐步浮现的星系地图让我们对本人正在盆地和山脉中的歇息地有了新的认知。

  若是只考虑本星系墙内的星系,环境看起来显得很是安静。这些星系以膨缩的速度互相分隔,局域彼此感化惹起的本动速度很小。正在本星系墙的下面,唧筒和剑鱼云,还有狮子支中的星系的本动速度也很小。可是它们却正在野本星系墙高速活动。本浮泛很可能是导致这个现象的。浮泛像充气的气球一样扩张,导致物质从低密度区往高密度区挪动,从而堆积正在浮泛的鸿沟上。按我们现正在的理解,本星系墙是本浮泛的一面墙,这个浮泛正正在一步步地膨缩从而把我们推往唧筒和剑鱼云,还有狮子支的标的目的。

  发觉拉尼亚凯亚并非该团队本来的目标。他们是正在勤奋解答关于素质的一些持久悬而未决的根基问题时,可巧获得了这一发觉。