宇宙中几乎一切事物都在旋转。行星绕其自转轴自旋,恒星围绕黑洞旋转,而星系作为巨大的螺旋形结构自转。但是宇宙作为一个整体情况又是怎样呢?
天体结构旋转是因为一个被称为角动量的属性。角动量是质量和旋转的测量单位,它是一个守恒的物理属性。它有一个特点是当物质相互靠得越近,就会旋转得越快来维持角动量不变。你可以在花样滑冰运动员滑冰时见到这样的例子,他们跳起到半空中时会将手臂收紧,使手臂离身体更近。星系、恒星和行星都是从巨大的宇宙气体与尘埃云中形成的。随着引力造成这些云坍缩,就连最微小的旋转也被放大。因此它们都旋转是很自然的。
但是在宇宙尺度上,事情就不一样了。一般认为宇宙是均匀和各向同性的。这意味着平均来说,物质应该是均匀分布的,而且宇宙的总角动量应该接近零。如果这是正确的,那么星系的旋转应该是随机的。你看向宇宙的任何区域,大约一半应该顺时针旋转,另一半逆时针旋转。
宇宙尺度上星系自旋方向的偏差。图片:莱奥沙米尔布特
有一些证据表明星系自旋并不均匀。2011年,一项关于15000个星系的研究发现,在自旋上存在一个不大的偏向性。由于样本量相对较小,该证据有些薄弱。但是本周一篇论文被发表在美国天文学会第236次会议上,论文展现了更强的偏向性。
十分重要的一点是,需要注意这项工作还未经过同行评议,因此我们应该对结论保持谨慎。该研究分析了20万个星系,以及它们经测量的自旋。借助更大的样本量,该研究不仅发现了自旋上的偏向性,而且还发现了它的一些宇宙学属性。举例来说,这种偏向性似乎随着红移程度的提高而增强。在越来越大的尺度上,这种偏向性很难被忽视。
宇宙微波背景中的冷点。图片:欧空局普朗克合作项目
这支持了所谓宇宙作为一个整体有自转轴的说法。有趣的是,宇宙的轴似乎和所谓的宇宙微波背景辐射的冷斑点是对齐的。虽然这很有趣,但我们或许不该赋予它太多意义。首先,数据并不支持一个简单的、单一的自转轴存在,就像行星或者恒星的那样。相反,偏向性有着更复杂的多极结构。
说了这么多,确实好像有什么奇怪的事情正在发生。虽然宇宙确实看起来大致上均匀和各向同性,但像这项一样的研究在暗示,这并不确切。虽然这可能看起来也不像什么大事,但是它对我们的宇宙学模型来说有着巨大的影响。
相关知识
星系是一个由恒星、恒星遗迹、尘以及暗物质所组成引力约束系统。星系这个词语,起源于希腊语中的星河(γαλαξίας),字面意思是“银河”,也就是指银河系。星系的大小范围从仅拥有几亿(108)恒星的矮星到拥有一百万亿(10^14)恒星的巨星不等,其中的每一个都围绕着其星系的质心运动。
按照视觉形态的不同,星系可以分成椭圆形星系,螺旋形星系或者不规则形星系。许多星系被认为在其中心处拥有特大质量黑洞。银河系中心的黑洞,被称为人马座A*,其质量比太阳大四百万倍。到2016年3月为止,GN-z11是所观测到的最古老且最遥远的星系,其距离地球的共动距离是320亿光年,同时它被认为存在于大爆炸后的4亿年。
2016年发布的研究将可观测宇宙里星系的数量从以前估计的2000亿(2×10^11)修订为建议的20,000亿(2×10^12)或者更多,总体预计多达1×1024恒星(恒星比地球上所有沙粒还多)。绝大部分的星系直径是1,000到100,000秒差距(约3,000到300,000光年), 并且以约数百万个秒差距(或兆差距)的距离分隔开来。相比之下,银河系的直径至少为30,000秒差距(100,000光年)并且与它最近的大邻居仙女星系相距780,000秒差距(2,500,000光年)。
星系间的空间里充满了一种平均密度小于一个原子/立方米的缥缈气体(星系际介质)。多数星系在万有引力的作用下被分成群,团以及超星系团。银河系是由其和仙女星系所主导的本星系群的一部分并且也是室女超星系团的一部分。在最大规模上,这些关联通常被排列成为被巨大的空隙所环绕的(星系)片和纤维。本星系群和室女超星系团都被包含在一个更大的被称为Laniakea的宇宙结构内。
作者:universetoday
FY:Astronomical volunteer team
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