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封面｜ JWST所展示的星系 大家好,，我是科學羊,。 40多年前,，著名天文學家卡爾·薩根（Carl Sagan）向世界展示了一個令人震撼的宇宙景象：在僅僅銀河系中，就存在著數(shù)千億顆恒星,。 而整個可觀測宇宙可能包含多達1000億個星系,。 這一數(shù)字在當時令人瞠目結(jié)舌，成為了薩根的象征,，即使他本人并未在他的科普劇《宇宙》（Cosmos）中直接提到“數(shù)十億和數(shù)十億”這個詞,。 但隨著觀測技術(shù)的進步，我們對宇宙的理解正在迅速升級,，薩根的估計已經(jīng)顯得過于保守,。事實上，最新的研究和觀測表明,，宇宙中星系的數(shù)量比早期估算的要多得多,。 哈勃太空望遠鏡的“極深空”觀測曾是人類探索宇宙最深遠的窗口之一。 通過將望遠鏡指向天空中一個極小的區(qū)域并持續(xù)累積23天的光線,，天文學家們得到了一個驚人的結(jié)果：在這塊微不足道的天空切片中,，就探測到了約5500個星系。由此推算,，整個可觀測宇宙中的星系數(shù)量約為1700億個,。 然而，1700億這個數(shù)字很快就被新的理論計算所超越,。 研究人員提出,，許多星系太小、太暗或太遙遠,，哈勃望遠鏡根本無法探測到它們,。 通過模型推演,，科學家得出一個更加驚人的數(shù)字——2萬億個星系。這一結(jié)果令人振奮,，卻仍然無法反映宇宙的真正“全貌”。
結(jié)構(gòu)模擬的片段,，隨著宇宙的擴張,，代表了暗物質(zhì)豐富的宇宙中數(shù)十億年的引力增長 進一步的研究指出，即使是2萬億這個數(shù)字,，也可能遠遠低估了實際情況,。綜合多種觀測與模擬結(jié)果，科學家推測宇宙中星系的實際數(shù)量至少在6萬億到20萬億之間,。 這個差距來自于宇宙膨脹的歷史,、引力的作用以及暗物質(zhì)的存在方式。 宇宙自138億年前的大爆炸以來,，恒星,、星系團以及超大質(zhì)量星系團逐漸形成。在過去的幾十億年間,，許多較小的星系相互融合,，形成了我們今天熟知的大型星系團。 與此同時,，早期宇宙中的星系往往較小,、較暗，且更容易受到更大星系的引力吞并,。 那么,，我們?yōu)槭裁纯床坏竭@些星系呢？ 這與望遠鏡的觀測極限有關(guān),。要探測宇宙最遙遠,、最暗弱的星系,，我們需要滿足幾個苛刻的條件：
顯然，這樣的望遠鏡是現(xiàn)實中無法建造的,。即使是目前最先進的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），雖然提升了對紅移宇宙的觀測能力,，但也僅能觸及宇宙浩渺深度的一角,。
與今天的銀河系類似的星系數(shù)量眾多,，但與我們今天看到的星系相比,，與銀河系類似的年輕星系本質(zhì)上更小,、更藍、氣體更豐富。 科學家們于是轉(zhuǎn)向了宇宙模擬,。通過重建宇宙在不同時間尺度下的演化過程，他們發(fā)現(xiàn),，小型星系的數(shù)量遠遠超過了早期的估計。 模擬顯示,，在宇宙形成初期,，微小的星系非常普遍,，它們在引力作用下逐漸匯聚,，形成更大、更明亮的星系,。 研究銀河系周圍的小型星系也支持了這一觀點,。過去20年間,，我們對銀河系的理解發(fā)生了巨大變化。 本星系群中曾被認為只有50-60個星系,，如今我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過110個星系,。這些星系體積小、質(zhì)量低,，但依然存在,，并以獨特的方式圍繞銀河系運行。 不要低估這些微小星系的影響力,。 雖然單個小型星系的恒星數(shù)量往往不到10萬顆,，有些甚至不足1000顆,，但它們可能蘊含大量的暗物質(zhì)。這些星系代表了宇宙早期恒星形成和星系演化的最初階段,，為我們揭示宇宙演化的奧秘提供了關(guān)鍵線索,。 當我們仰望星空,，看到的只是宇宙的冰山一角,。 我們已經(jīng)探測到的那些巨大、明亮的星系只是整個宇宙的“頂端”,，隱藏在黑暗中的,，是數(shù)量龐大卻極其微弱的小型星系。
我們可見的宇宙的大小 (黃色) ,，以及如果我們今天離開的話我們可以達到的量 (品紅色) ，在光速上旅行,?？梢娪钪娴臉O限是 461 億光年，因為這是一個發(fā)射光線的物體在遠離我們 138 億年后到達我們這里的距離的極限,。 未來,，隨著望遠鏡技術(shù)的不斷發(fā)展和觀測手段的精進，我們或許能夠揭開更多宇宙的秘密,。 但在那之前,，我們只能通過模擬和推測來了解宇宙的真正規(guī)模。 而目前最合理的估計告訴我們,，宇宙中存在的星系數(shù)量至少在6萬億至20萬億之間,，這比我們之前的認知多出了十倍甚至百倍。 宇宙是一個不斷讓人類感到驚訝的地方,，而關(guān)于它的探索,，才剛剛開始。 好，今天就先這樣了～ 科學羊?? 2025/01/06 祝幸福~ 「感恩關(guān)注,，科學羊持續(xù)為您帶來最好的科普知識」 |
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