宇宙的光爲何多了出來?

《聖經》上說,宇宙原先沒有光,一片漆黑,後來上帝說“要有光”,於是才有了光。至於光有了之後,是多了,還是少了,還是不多不少,正合乎上帝的要求,那可就沒人知道了,——因為我們誰也不清楚上帝他老人家當初為宇宙“訂製”了多少光。

但事情到了天文學家那裡,就不一樣了。對於他們來說,任何光都不會無緣無故地產生,它們都來源於發光天體,因此,天文學家就可以“核算”這樣一筆賬:宇宙中光的總量是否剛好等於所有已知發光天體發出的光?

宇宙的光为何多了出来?

宇宙中的光竟然多了!

不算不知道,一算嚇一跳。他們發現宇宙中光的總量比所有已知天體發出的光多了不少!說的具體點是這樣:當天文學家把“斯皮策”空間望遠鏡對準銀河系中任意一片天區的時候,在這片天區的背景中他們探測到很強的近紅外輻射(所謂“近紅外輻射”是指在電磁波譜中,靠近可見光的那部分紅外光,波長在1~5微米之間),在扣除了來自銀河系和別的已知星系的近紅外輻射之後,剩下的很大一部分竟找不出來源。

然而光不可能無緣無故地冒出來,於是科學家最初猜測可能有這樣兩個來源:一種可能是它們來自銀河系附近的矮星系;另一種可能是來自最早的恆星和星系,這些星系離我們如此遙遠,以至於它們發出的可見光,因為宇宙膨脹之故,到達銀河系波長已經拉長變成了近紅外光。但我們猜測的這兩種星系都不容易觀測到,因為來自銀河系附近的矮星系要比正常星系暗淡許多,而最早的恆星和星系現在離我們實在太遙遠了。

這就好比說,一戶窮苦人家過年,突然發現自家桌子上擺放著一袋大米。在問明白這既不是政府給的,也不是親戚、朋友和鄰居送的,那就只好胡亂猜測,大概是哪位解放軍叔叔在做好事了。這兩種可能的星系,就是為宇宙近紅外背景輻射做出貢獻但不留名的“解放軍叔叔”。

但後來天文學家經過計算又發現,要產生這麼強的近紅外背景輻射,不僅需要很多正常的星系,而且這些星系還要足夠大:矮星系因為不是正常星系,而宇宙早期的星系雖然正常,但又不夠大,所以這些都應該排除。

多餘的光找到了“主”

這樣一來事情就有些蹊蹺了,這些多餘的光會來自什麼地方呢?最近,天文學家提出了第三種可能,他們對這個解釋目前看來還比較滿意。

宇宙的光为何多了出来?

把一片天區可見星系(右)發出的近紅外輻射扣除之後,還有很大部分背景的近紅外輻射找不到來源(左)

對於像銀河系這樣的一個典型星系,它一般由兩部分組成:一部分是由恆星組成的發光部分,我們通常所說的星系,就是指這部分而言的;另一部分是不發光的,這部分由暗物質組成。暗物質不與普通物質發生電磁作用,所以不發光。但它跟普通物質有引力作用,在它的引力的“撮合”下,大量的恆星才聚到一起,形成了星系,所以暗物質又被認為是搭建星系的“腳手架”。一個星系的發光部分,被裹在更大團的暗物質之中。星系就好比一個石榴,裡面一粒粒籽則好比一顆顆恆星,整個石榴嵌在一坨暗物質的泥塊中。

但是,並非所有恆星都已經聚集到了一起,事實上每個星系中大約總有那麼千分之一的恆星,遊離在集體之外。為什麼會出現這種情況呢?因為很多大星系並非生來就這麼大的,而是由兩個或者更多個星系碰撞融合而成的。在碰撞的過程中,有一些恆星就會被甩出去,形成“單幹戶”,再也無法回到集體中來。但這些“單幹戶”與星系其餘部分還“藕斷絲連”,因為它們還沒有能耐擺脫暗物質的控制。這就好比說,星系這個石榴其實已經裂了,有些籽粒撒在了泥塊上。

這些撒出去的恆星,它們稀稀拉拉鑲嵌在暗物質中,比起整個星系來,光線自然要暗淡許多,所以是不容易被觀測到的。但它們總的數量不少,而且離我們並不遙遠,它們就是銀河系近紅外背景輻射多餘部分光的發源地。

矮星系

矮星系是光度最弱的一類星系﹐成員星通常不多,也不亮,質量只有數十億個太陽質量。儘管矮星系較小,但數量卻很多。天文學家稱也許宇宙中最先形成的就是矮星系,然後由矮星系構成了大的星系。迄今為止,矮星系是宇宙中數量最多的星系,所包含的天體也是宇宙中最多的,是它們組成了最基本的宇宙。在我們銀河系附近緊挨著有許多矮星系,大約有120~200個這樣的星系在獨立地繞銀河系運動,但至今人們才總共發現了20個,十分難發現。


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