银河系正朝一个未知目的地飞奔

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我们从哪里来?要到哪里去?

宇宙大尺度结构。

大尺度宇宙像是一个蜘蛛网,但是从另外一个角度来看,也像是一团挤在一起的肥皂泡。银河系之大已经远远超出了我们的常识,而银河系在大尺度宇宙中却依然如一粒微尘。

距离银河系最近的星系是人见人爱的仙女座星系,它距离我们约250万光年。而在距离我们大约300万光年的地方还有一个默默无闻的三角座星系。这两个星系,连同银河系,以及附近的一些矮星系,组成了一个小规模的星系集团,被称为“本星系群(Local Group)”。“本”的意思是“本地”,也可以理解为附近。但这个“本地”是建立在宇宙学尺度上的,以百万光年为单位度量。

银河系。 John Colosimo / ESO

仙女座星系。 ESA / Hubble / Digitized Sky Survey 2

三角座星系。 ESO

宇宙中有许多星系集团。距离“本星系群”最近的星系集团叫“室女座星系团(Virgo Cluster)”。之所以叫“星系团(Cluster)”而不叫“星系群(Group)”,是因为它的规模更大,包含一千多个星系。“室女座星系团”距离我们约6000万光年。

室女座星系团。 ESO / Digitized Sky Survey 2

“本星系群”及附近其他星系群并不隶属于“室女座星系团”,而是与“室女座星系团”一起,共同隶属于一个更大的星系集团——“室女座超星系团(Virgo Supercluster)”。

严格说来,“星系群”和“星系团”都是真正意义上的天体结构——因为它们内部的星系,互相之间都是有引力束缚关系的;但“超星系团”就不一样了——它们只是一种尺度更大的星系集团的语言表述,至今没有一个明确的定义。它们内部的星系相互之间未必有引力束缚关系。

正因如此,我们在这个尺度上对天体结构的划分就只能依照“观感”来进行。循着这种“观感”,我们发现“室女座超星系团”隶属于一个更大的结构——它是“拉尼亚凯亚超星系团(Laniakea Supercluster)”的一个分支。

拉尼亚凯亚超星系团主体部分。 Andrew Z. Colvin / Wikipedia

很多超星系团都与“拉尼亚凯亚超星系团”相连,比如“沙普利超星系团(Shapley Supercluster)”、“赫拉克勒斯超星系团(Hercules Supercluster)”和“孔雀-印第安超星系团(Pavo-Indus Supercluster)”等。这些超星系团都非常庞大,每一个都绵延数亿光年。

如果把大尺度宇宙比作一个挤满了肥皂泡的浴缸,那么超星系团就是肥皂泡的膜,它们把一个个肥皂泡连接在一起——但这些肥皂泡的内部却是空的。这些宇宙肥皂泡的空腔被称为“宇宙空洞(Cosmic Void)”。

“宇宙空洞”的内部是星系的荒漠——当然也不是一无所有,但是星系的数量极少,如同沙海中的绿洲一样罕见。许多空洞有名字,比如“玉夫座空洞(Sculptor Void)”、“大犬座空洞(Canis Major Void)”和“牧夫座空洞(Boötes Void)”等。其中最大的一些直径可达3亿光年。充斥这3亿光年的,是满满的“虚无”。

要想弄明白我们在这样的大尺度宇宙中的位置,并不是一件容易的事。银河系内充斥着各种尘埃,它们遮挡了我们的视线。宇宙学家只有使用各种非常规手段,比如在红外线或射电波波段上观测,才能看清楚它们背后有什么。

宇宙学家艰难地发现,我们的银河系,连同它“附近”的所有星系,都在朝着与“拉尼亚凯亚超星系团”距离最近的“沙普利超星系团”方向的一个未知目的地运动。但是根据观测,“沙普利超星系团”的质量(包括它含有的“暗物质”)不足以把银河系拉动到现在的速度。必然有额外的力量,要么在前方帮助“沙普利超星系团”,要么在相反的方向推动我们。

而这究竟是一种什么样的力量,它究竟来自何方,迄今依然众说纷纭。

有人认为,在银河系与“沙普利超星系团”相对的另外一侧,存在着一个未知的宇宙空洞,甚至可能是一个“超级空洞”。它的存在,产生了一种所谓的“偶极排斥(Dipole Repeller)”效应,将银河系推向了相反的方向。

所谓“偶极排斥”效应,指的是假如星系处在一个巨大的空洞附近,那么由于它唯独缺少空洞所在方向的引力拉动,就会倾向于向着远离空洞的方向运动,就好像空洞在推动星系一样。但事实上,空洞什么也没干。但这只是诸多观点之一,究竟这种推动银河系的神秘力量来自何方,依然是个谜。

沙普利超星系团。 ESA / Planck Collaboration / Rosat / Digitised Sky Survey

参考

A mysterious intergalactic force is pushing against the Milky Way

https://www.space.com/dipole-repeller-mystery-beyond-galaxy

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