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第27章 α星系和β星系的起源(一)

来自宇宙的三颗星 风与自由 3638 2024-11-13 00:10

  说起这两颗星的起源,那还得从宇宙的诞生开始说起。

  宇宙产生于160亿年前一次大爆炸中。大爆炸后30亿年初的物质涟漪出现。大爆炸后,类星体逐渐形成。大爆炸后,太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。

  大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的,我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀,但是,科学家已发现宇宙中有一种“暗能量”会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。

  大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离;天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

  理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为“开宇宙”;要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为“闭宇宙”。

  问题似乎变得很简单,但实则不然。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间,如/厘米3果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间。

  然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些。

  恒星演化到晚期,会把一部分物质(气体)抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星。这一过程中气体可能越来越少(并未确定这种过程会减少这种气体。)。以致于不能再产生新的恒星。,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗。同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大。(根据质能守恒定律,形成恒星的气体并不会减少而是转换成其他形态。所以新的恒星可能会一直产生.)

  对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定。1质子开始衰变为光子和各种轻子。这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞。

  通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逃逸出。宇宙将归于一片黑暗。这也许就是开宇宙“末日”到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着。(但质子是否会衰变还未得到结论,因此根据质能守恒定律。宇宙中的质能会不停的转换。)

  闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小。如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩。

  以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演。收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动。宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密。在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁。

  这些结局也只是假想推论的。

  近几年来,一批西方的天文学家发表了关于“宇宙无始无终”的新论断。他们认为,宇宙既没有“诞生”之日,也没有终结之时,而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动,循环往复,以至无穷的。至于“宇宙无始无终”的新论是否正确,科学家认为,过几年国际天文学界可望对此做出验证。

  宇宙的形状现在还是未知的,人类在大胆想象。有的人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞,而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智慧的电脑生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件,宇宙其实就是一个电子,宇宙是一个比电子更小得多的东西,宇宙根本就不存在,或者宇宙是无形的。

  根据大爆炸理论,宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体,如右图。左端中心为爆炸奇点,向右延伸137亿光年,到达我们现在这个开口部。

  从左往右依次为:奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。

  宇宙年龄定义:宇宙年龄宇宙从某个特定时刻到现在的时间间隔。对于某些宇宙模型,如牛顿宇宙模型、等级模型、稳恒态模型等,宇宙年龄没有意义。在通常的演化的宇宙模型里,宇宙年龄指宇宙标度因子为零起到现在时刻的时间间隔。通常,哈勃年龄为宇宙年龄的上限,可以作为宇宙年龄的某种度量。

  使用整个星系作为透镜观看其他星系,目前研究人员最新使用一种精确方法测量了宇宙的体积大小和年龄,以及它如何快速膨胀。这项测量证实了“哈勃常数”的实用性,它指示出了宇宙的体积大小,证实宇宙的年龄约为137.5亿年。

  研究小组使用一种叫做引力透镜的技术测量了从明亮活动星系释放的光线沿着不同路径传播至地球的距离,通过理解每个路径的传播时间和有效速度,研究人员推断出星系的距离,同时可分析出它们膨胀扩张至宇宙范围的详细情况。

  科学家经常很难识别宇宙中遥远星系释放的明亮光源和近距离昏暗光源之间的差异,引力透镜回避了这一问题,能够提供远方光线传播的多样化线索。这些测量信息使研究人员可以测定宇宙的体积大小,并且天体物理学家可以用哈勃常数进行表达。

  研究员菲尔-马歇尔说:“长期以来我们知道透镜能够对哈勃常数进行物理性测量。”而当前引力透镜实现了非常精确的测量结果,它可以作为一种长期确定的工具提供哈勃常数均等化精确测量,比如:观测超新星和宇宙微波背景。他指出,引力透镜可作为天体物理学家的一种最佳测量工具测定宇宙的年龄。

  宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米/秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米/秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。

  现代天文学已经揭示了天体的起源和演化的历程。

  当代关于太阳系起源学说认为,太阳系很可能是银河系中的一团尘埃气体云(原始太阳星云)由于引力收缩而逐渐形成的。

  恒星是由星云产生的,它的一生经历了引力收缩阶段、主序阶段、红巨星阶段、晚期阶段和临终阶段。星系的起源和宇宙起源密切相关,流行的看法是:在宇宙发生热大爆炸后,温度降,宇宙从辐射为主时期转化为物质为主时期,这时或由于密度涨落形成的引力不稳定性,或由于宇宙湍流的作用而逐步形成原星系,然后再演化为星系团和星系。热大爆炸宇宙模型描绘了我们的宇宙的起源和演化史:我们的宇宙起源于一次大爆炸,当时温度极高、密度极大。

  随着宇宙的膨胀,它经历了从热到冷、从密到稀、从辐射为主时期到物质为主时期的演变过程,,才进入大规模形成星系的阶段,此后逐渐形成了我们当今看到的宇宙。1980年提出的暴涨宇宙模型则是热大爆炸宇宙模型的补充。它认为在宇宙极早期,在我们的宇宙诞生后约10-36秒的时候,它曾经历了一个暴涨阶段。

  “大爆炸学说”认为宇宙是从一点极高密度的空无突然爆炸散而成的大爆炸的时间推算为大约在距今一百亿年至二百亿年前于今扩散仍在进行之中。

  “大爆炸学说”认为我们的宇宙是“同质均匀的”及“物理上均等的划一的”。前面一词的意义,就是说,无论从任何一个角度来观察,宇宙都是相同的。换言之,我们无论旅行到达宇宙内任何一点,它的状况都与我们所居地球的周围相似相同。

  后面一词的意义是说:宇宙中的构成,无论在任何点,任何角度,都是物理上均等的,换言之,我们在宇宙中,就好比在沙漠中的蚂蚁,身边的,远处的,全都是看来完全相似相等的沙粒。

  “大爆炸学说”认为宇宙内没有异样的成份或情况使我们分别或分辨异同,而且,它认为一切的物质都是以“绝对划一”一致方式分布的。宇宙既是物理上万全均等划一的,也是同质均匀的,虽然,一个同质均匀的宇宙,未必就是物理上完全均等划一的。

  α星系和β星系就是那时候开始诞生,又经过很多年后,它才慢慢成形。

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