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银河系以每秒600公里向一个引力源行进,引力为何这么大?

牛顿受到苹果掉落地面的启发发现了万有引力定律,为人们深入认识宇宙间所有物体相互运动规律提供了一个重要桥梁。爱因斯坦进而对万有引力的产生原因进行了剖析,认为是有质量的物体对周围时空产生了弯曲效应,从而推动其它物体沿着这个弯曲的空间以测地线的方式运行,从而提出了广义相对论,对进一步解释宇宙星体的发展演化和运行规律提供了更深层次的理论依据。后来科学家们又相继发现了暗能量和暗物质存在的线索,认为是在暗能量、暗物质和万有引力的驱使下,共同推动形成了目前宇宙星体相对稳定的运行状态。而对于一定空间尺度环境下,万有引力的作用效果,对于星系内部以及邻近的星系与星系之间仍然是处于绝对主导地位的。

科学家们对宇宙运行的规律认知,是在万有引力和广义相对论基础上,通过观测仪器的发展和观测技术的进步,逐步明晰起来的。人们通过对太阳系的形成演化模型出发,意识到宇宙中所有星体,在诞生过程中,由于不断继承所吸收星际物质的角动量,逐渐形成了围绕质心旋转的运行状态,地球等各大行星围绕着太阳运行,得益于太阳系形成初期所形成“太阳胚胎”周围星际物质旋转的角动量。

银河系各大旋臂中的众多恒星系,也围绕着银河系中心的大质量黑洞公转,这既有各恒星系形成过程中所具有的综合角动量作用结果,也得益于银河系中心恒星质量密集,在演化末期所形成的黑洞互相吞噬的结果,星系中心的黑洞所提供的巨大引力,维持着星系中这么多恒星系统“乖乖”地围绕着中心运行。我们所在的太阳系,以平均每秒250公里的速度,共同围绕着银心这个超大质量的黑洞公转,大约每2.5亿年完成一个公转周期。

如果我们将眼界再放宽一些,银河系隶属于本星系群,这里集合了差不多50多个银河系般的星系,其中就包含着银河系的伴星系-大小麦哲伦星系以及40亿年后和银河系整合的仙女座星系,本星系群的空间尺度大约在1000万年,银河系等众多星系围绕着本星系群的中心进行着旋转。而本星系群又属于室女座超星系团的一部分,室女座超星系团的尺度可以达到10亿光年,包含着超过100个本星系这样的星系群,本星系群处在室女座超星系团的边缘,和其它星系群一起围绕着室女座超星系团的中心旋转。室女座超星系团再往上将是可观测宇宙,半径达到465亿光年,整个宇宙天体呈现出一种比较明显的层级结构,越往上所包含的星系数量就越多,其中心的质量就越大,天体围绕这个中心旋转的速度就越快,科学家形象地把宇宙的这种结构称为“宇宙纤维”。

在上世纪70年代末期,美国天文学家利用宇宙微波背景的偶极异向性,发现了银河系正在高速向着一个方向狂飙。在正常情况下,宇宙的微波背景辐射几乎是均匀分布的,共波动幅度一般不超过万分之几,如果要观测非常宏大尺度下星系间的运动,由于这种背景辐射的均匀性以及银河系中心众多天体的阻挡,同时再加上参照系选择的高难度因素,一般很难得到理想的观测结果。而美国天文学家斯穆特则跳过了这些影响因素,通过在U-2 侦察机上安装了一个辐射差值测量计,用以观测夹角60度的两个方向上宇宙微波背景辐射的差别,最终在仪器误差范围之内,测定出了宇宙微波背景辐射在两个方向散射面上的差别,继而得出了宇宙微波背景辐射的偶极异向性特征,从而推测出太阳系以及整个银河系在向着一个引力源的方向,以每秒大约600公里(加上了太阳系围绕银河系的相对运行)的速度行进,后来这个引力源中心被称为“巨引源”。

后来,科学家们通过更深入的监测分析,确定了这个“巨引源”的位置,其位于长蛇-半人马座方向的矩尺座星系团附近,距离银河系约为2.5亿光年,我们所处的银河系,包括本星系群和室女座星系团,都围绕着“巨引源”在高速地旋转着。而根据万有引力定律,能够支撑这么大尺度下的星系团运行的稳定性,这个引力源的质量应该巨大,参照银河系中心黑洞的形成,“引力源”有很大的可能依然是一个更大质量的黑洞,在漫长的演化过程中,这个异常致密的恒星系统,逐渐发生大规模的互相吞噬和黑洞合并现象,其剧烈程度和影响范围肯定要比银河系中心大很多个数量级。

至于银河系未来有没有可能被巨引源所吞噬,这一点大家可以放心。一方面,银河系向巨引源行进,与银河系未来和仙女座未来相撞的机制并不相同,后者是在引力的作用下发生的两个同一级别星系的互相吸引,而前者类似太阳系围绕银河系中心公转的模式,在一个完整的运转周期内,存在着相应的近中心点和远中心点,目前银河系正在向着与“巨引源”公转轨道的近中心点行进的过程中,待达到最近的距离以后将很有可能再次远离。

另一个方面,在较大的空间尺度上,宇宙膨胀效应就非常明显了,这个空间尺度科学家们一般确认为一个百万秒差距,即326万光年,而“巨引源”距离银河系2.5亿光年,远远超出了这个尺度,因此,按照哈勃定律,在宇宙膨胀的作用下,“巨引源”与银河系之间的空间,将以每秒4400公里的速度被“拉扯”开,这个速度相比于二者目前每秒600公里靠近的速度要大出很多,因此,从空间膨胀的角度来看,我们只能是距离“巨引源”越来越远。

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