2020-07-28 12:21 科学星
在1998年，天文学家发现了，我们忽略了近四分之三的宇宙成分——暗能量。暗能量不仅驱动着宇宙的膨胀，而且控制着星系的形状和星系之间的距离。
宇宙的雕刻家
当天文学家探索暗能量时，他们发现暗能量不仅决定了宇宙的整体膨胀速度，而且在更小的尺度上具有长期的影响。当你缩小你对宇宙的看法时，你首先注意到的是，在宇宙尺度上，物质就像蜘蛛网一样分布着，一个由数千万光年长的细丝组成的网，其间点缀着大小相似的小孔。计算机数据仿真表明，要形成这样的图形，需要同时具有物质能量和暗能量。
这不是什么大发现。这些细丝和网格不是结构紧凑的行星物体。它们还没有从整个宇宙的膨胀中分离出来，也没有达到内部力量的平衡。因此，它们的出现取决于宇宙的膨胀(以及所有影响膨胀的现象)和自身重力的竞争。在宇宙中，没有人能完全主宰拔河:如果暗能量更强，膨胀就会获胜，使物质膨胀而无法凝聚成丝状结构;如果暗能量较弱，物质将进一步凝聚在一起。
当你继续缩小到星系团和星系的大小时，情况就变得更加复杂了。所有的星系，包括我们的银河系，都不会随时间而膨胀。它们的大小取决于恒星、气体和其他组成物质的角动量和引力之间的平衡;只有当新物质从星系间空间中吸收或与其他星系融合时，它们才会生长。宇宙膨胀对星系生长的影响是可以忽略不计的，所以暗能量对星系形成的影响还不是很清楚。
这同样适用于星系团。星系团是由成千上万个星系组成的集合，它们被引力束缚在一起，隐藏在巨大的热气体云中，是宇宙中最大的聚集体。不久前，许多关于星系和星系团形成的想法似乎与暗能量无关，但现在看来暗能量可能是连接这些不同观点的关键。因为这些系统的形成和演化部分是由于星系之间的相互作用和合并，而星系之间的相互作用和合并可能是由暗能量主导的。
为了理解暗能量是如何影响星系形成的，天文学家需要知道星系是如何形成的。目前的理论是基于物质有两种基本形式的想法:第一种是普通物质，在普通物质中粒子可以很容易地相互作用，如果带电，则会受到电磁辐射。天文学家称它们为重子物质，因为它们主要由质子和中子等重子组成;第二个是暗物质(被暗能量拦截)。与占所有物质85%的粒子不同的是，组成粒子不与辐射相互作用。但是从引力的角度来看，暗物质和普通物质有着完全相同的性质。为什么星系逐渐停止形成?
详细的研究表明，星系在与其他星系合并时是扭曲的。我们所能看到的最早的星系已经在宇宙中存在了大约10亿年，其中许多确实在合并，但是随着时间的推移，大型星系的合并不再盛行。在大爆炸后的20 - 60亿年间(宇宙历史的前半部分)，大型星系的合并率从50%骤降至接近于零。从那以后，星系形状的比例就固定下来了，星系之间的碰撞和合并也很少见。
事实上，当今宇宙中98%的大型星系要么是椭圆星系，要么是螺旋星系。它们的形状在合并时分解和改变。这些星系是稳定的，大多由较老的恒星组成。这告诉我们它们一定是很早就形成的，并且在很长一段时间内保持着正常的形状。一些星系仍在合并，但通常是较小的星系。
另一个奇怪的现象是，在星系中心常见的超大质量黑洞似乎已经显著减速。这些黑洞是类星体和活动星系的能量来源，在现代宇宙中几乎不存在(我们星系和其他星系中的黑洞是不活跃的)。这些趋势与星系演化有关吗?暗能量真的是这一切的根源吗?处于支配地位
一些天文学家认为，星系内部的一些过程，如黑洞和超新星释放能量，是导致星系和恒星停止的原因。但是现在暗能量被摆上了桌面，它似乎是所有这些的更基本的原因。主要的证据是，大多数星系和星系团停止形成的同时，暗能量开始主宰宇宙。这两种情况都发生在宇宙目前年龄的一半。
这个概念是这样的:在宇宙历史上的那个时候，物质的密度非常高，所以星系之间的引力相互作用足以超越暗能量的影响，星系彼此靠近，相互作用和融合频繁。当星系中的气体云相互碰撞时，新的恒星就诞生了;如果气体在这些系统的中心。黑洞的成长。随着时间的推移，空间扩大，物质变薄，引力减弱，但暗能量的强度保持不变(或几乎不变)。两者很难保持稳定的平衡，最终导致膨胀由减速向加速的转变。其结果是，星系的结构被撕裂，导致星系的合并比例逐渐下降，星系间气体的下降更加困难。在星系。由于失去了食物，黑洞当然平静多了。
暗能量也可以解释星系团的演化。在宇宙的年龄还不到现在的一半之前，古老的星系团就存在于那个时候，它们的总质量与今天的星系团相当。也就是说，星系团的质量在过去的60亿到80亿年间并没有增加。这种停滞意味着星系不再以宇宙一半的年龄聚集，这是暗能量在大尺度上影响星系相互作用的直接证据。天文学家早在上世纪90年代中期就知道，在过去的80亿年里，星系团并没有增长多少。他们把这些现象归咎于宇宙中物质的密度远低于理论估计的事实。暗能量解决了观测和理论之间的矛盾。牵一发而动全身
由暗能量主导宇宙的加速，是个合理的解答，它可以解释星系族群里产生的所有已观测到的变化，也就是星系合并的中断和伴随而来的必然后果，例如丧失形成恒星的活力，并终结星系形态的变换。假如没有暗能量，星系合并的活动可能会持续得更久些，那么今天的宇宙里将存在着更多由古老恒星所组成的大型星系。同样，宇宙中低质量系统的数目会更少，而像银河系这样的螺旋星系数量将会稀少许多（假设螺旋星系无法在合并過程中保存下来）。星系的大尺度结构可能会束缚得更为紧密，而且会发生次数更多的结构合并与吸积。
相反，如果暗能量的强度比现在更大，宇宙中的星系合并事件会减少，使大型星系与星系团的数量更少。由于在时间的长河里，星系间较少发生合并，星系团的质量将不会那么高，甚至不会有星系团存在，因此螺旋星系与低质量的不规则状矮星系会变得更普遍。同时，恒星的形成数量可能比较少，使得宇宙里处于气体状态的重子质量比例较高。
虽然这些過程似乎离我们相当遥远，但星系的形成方式其实也影响我们的存在。只有恒星才能制造出比锂重的元素，而那些重元素则是建构类地行星与生命的必需材料。假如恒星形成率太低，就无法制造出够丰富的这类元素，那么宇宙将不会有这么多行星，可能也就不会演化出生命。因此，暗能量可能对宇宙里许多不同且看似毫不相干的事物有着深远的效应，甚至影响了地球的历史细节。
暗能量当然尚未完成它的工作。它看来似乎对生命有益：宇宙加速将可以避免天文学家不久之前还在担忧的事情——宇宙最终会崩塌。但暗能量也带来其他的风险，至少，它驱赶遥远的星系，使它们后退得太快而永远消失在我们的眼前，我们的星系和邻居的周遭逐渐清空，把我们遗留在日益孤寂的岛上；星系团、星系甚至飘浮于星系际空间的恒星，终将遭禁锢于极有限的球状区域，其重力可及的范围将不超過它们本身的大小。
更糟的情况是，暗能量可能还在继续演化。有些模型预测，如果暗能量随着时间而成为永远牵制一切的力量，它将会撕裂像星系团和星系这样的重力束缚系统，最后，地球也会被扯离太阳，地球上的万事万物都将一起被撕成碎片，甚至连原子也难逃毒手。曾一度躲在物质背后的暗能量，终将执行其最后的复仇。
（来源：东方资讯）
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