星系团 宇宙到底有多大（五）离我们最近的十万个星系与本超星系团

银河系位于一个叫做本地星系团的星系团的中心。这个星系团的跨度约为1000万光年，位于另一个更大的星系团处女座超星系团的边缘。

18、19世纪时，也是父子合伙人的英国天文学家威廉·赫歇尔和约翰·赫歇尔用望远镜观察了一整天，收集了一些他们称之为“星云”的天体。然而，它们的“星云”与我们今天理解的星云并不完全相同。他们只是用这个词来指代一些看起来很模糊但不是彗星的物体。而且，他们认为这些“星云”是银河系中的天体。

在1864年编制的星表中，约翰注意到许多星云聚集在处女座周围。没人知道为什么。

1920年的“世纪大辩论”试图解开星云之谜。这些天体是附近的云状物体还是遥远的星系，因为距离远而看不清？天文学家哈洛·沙普利和希伯·柯蒂斯就这个问题展开了辩论。最后，后一种解释胜出。但是为什么这些星系大多围绕处女座呢？这纯粹是巧合，还是另有原因？

20世纪50年代，法国天文学家杰拉德·德·沃库勒尔斯观察了这些星系的运动。奇怪的是，它们似乎正以同样的速度远离我们。他们似乎比我们的距离更近。根据天文学，它们之间有一种“动态联系”。1953年，杰拉德·德·沃库勒尔斯将这组星系命名为超级星系。五年后，他把自己的名字改成了本地超级集群。

处女座超星系团是由较小的星系团和较大的星系团聚合而成的巨大集合体。它的中心位于处女座星团，范围从中心延伸到5000万光年。上图显示了所有至少有三个相对较大的星系成员的星系团，以当地的星系团为中心。图中球体的大小反映了星系团成员的数量。距离的单位是光年。

随着望远镜的日益强大，天文学家可以进行更大规模的天空调查，记录更多的星系及其运动。这些信息给了我们一个更大的图景:星系聚集在一个盘状区域。银河系中的大多数恒星都分布在一个薄的中心圆盘上，就像本地超星系团中的大多数星系成员一样。科学研究告诉我们，恒星汇聚形成星系，星系汇聚形成星团，星团进一步星团形成超星团。局部超星系团的中心位于处女座方向。

如果一千个星系首尾相连，它们的总长度将是1亿光年——相当于局部超星系团的大小。其中，三分之二的亮星系分布在靠近中心的盘状区域，剩下的三分之一像银河系周围的球状星团一样被环绕着。局部超星系团的总质量高达太阳质量的1000万亿倍。但是，大部分质量并不发光。虽然暗物质主宰着宇宙，但它也遍布超星系团。但是，从宇宙的角度来看，我们附近还是有很多发光的天体的。

认识邻居

离我们最近的——大约1100万光年——是马菲一号和马菲二号星团。虽然在附近，但是就在银盘后面。银河系中的物质挡住了他们的光线，所以直到1968年人们才注意到他们。意大利天文学家保罗·马菲在观察IC1805时发现了一些奇怪的东西。他在不远处的红外波段看到一个发光的天体。他猜测这是一个被银河系遮挡的星系。在过去的二十年里，天文学家已经发现了超过17个这样的星系。

马菲一号和马菲二号星系是两个最近的星系团的中心。因为银河系中的物质使它们在可见光中变得模糊不清，上面的红外图像揭示了它们的位置。

再往前走一百万光年，就可以很容易地识别出鱼凫星系群。2011年至2013年，由澳大利亚国际射电天文学研究中心的托比亚斯·韦斯特梅尔(Tobias Westmeier)领导的一组天文学家研究了富氢星系NGC55和NGC300中高速云的运动。HVCs不随宿主星系旋转，而是像导弹一样从外部直接流入星系。天文学家认为，当星系耗尽气体储备时，这些云将为星系形成更多恒星提供原材料。但是这些云是从哪里来的呢？

NGC300位于我们附近的蛇夫座末端。蛇夫座距离我们1200万光年。NGC300看起来几乎和满月一样大。

当时对这个问题主要有两种解释。韦斯特梅尔想知道哪一个是正确的。一种解释是HVCs原本是星系中的气体团，后来被超新星爆发喷出；另一种解释是，它们来自暗物质主导的矮星系，从未形成恒星。“天蝎座星系团离我们很近，所以它是最合适的研究对象，”韦斯特梅尔说。"我们有足够高的分辨率和灵敏度来探测潜在的高压直流电."

他们在NGC55周围发现了预期的卫星星系，但在NGC300附近没有。这一发现自然排除了“暗物质主导的矮星系”理论，因为两个大小相近的星系应该有数量相近的卫星星系。所以，这说明HVCs起源于流入或流出星系的气体流。当大星系吞噬小星系或恒星形成时，就会发生这种情况。

然而，在这项研究中，最令人惊讶的发现是大型星系的气体盘是不稳定的。气盘在冲压的作用下，左右移动摆动。只有当星系撞击到致密的星系间介质中时，这种情况才会发生。天文学家知道星系团被致密的物质晕所包围，但他们最初认为较小的星系团周围只有稀薄的物质晕。

压力吹走气体，意味着星系无法形成恒星——在卫星星系中，恒星形成甚至完全停止。“因为气体是未来恒星形成所需的原材料，失去气体可能会阻止生活在星系团中的矮星系形成恒星。”韦斯特梅尔说。

这一发现有助于解决“卫星星系缺乏”的问题。这个问题出现在15年前，当时计算机数值模拟显示银河系这样的星系应该有更多的短卫星星系，超过了我们实际观测到的数量。

“这种差异表明，要么数值模拟是错误的，要么有一种机制阻止大多数暗物质晕形成卫星星系，”韦斯特梅尔说。如果压力剥离气体，就像蛇夫座发生的那样，小星系不再能形成恒星，这意味着卫星星系没有消失，但我们看不见它们。

不寻常的猜想

半人马座A星团距离我们约1200万光年，和蛇夫座星团一样远。半人马座A，这个星系团的核心成员，是最近的射电星系。这个怪物大约在5亿年前吞噬了一个螺旋星系。到现在还没有消化，所以发出很强的无线电波。我们可以以半人马座A为实际案例，想象四十亿年后银河系和仙女座星系相撞。

半人马座A距离我们1200万光年，主宰着它的星系团。这个巨大的星系发出可见光和无线电波段的强烈辐射。它之所以发出强烈的无线电辐射，可能与它在5亿年前吞噬了一个伴星系有关。

在同样的距离，还有一个更容易识别的星系团——M81。它位于大熊星座和豹子星座的交界处，质量是太阳的一万亿倍。目前已知有34个星系成员，其中最著名的是M81和M82。两个星系互相拉扯，使得M82成为恒星工厂。M82的中心区域比银中心亮一百倍，是星系间空间空的氢在重力作用下落入星系中心造成的。

M82生活在一个以其邻居M81命名的星系团中。这两个星系相互拉扯，促使M82形成大量新恒星。

这一切背后的驱动力是M81，它被称为“星系团中最大的星系”。它有一个完美的旋臂，中心潜伏着一个质量是太阳7000万倍的超大质量黑洞。

南风车星系是半人马座A星系群中第二亮的成员。它距离我们约1500万光年，距离该集团最亮的成员半人马座A约300万光年。

混乱的集体

相比有序的M81集群，我集群的猎犬似乎有点迷茫。它位于猎犬号和押后号的方向，距离我们1500万光年，大致由20个星系成员组成。并非所有成员都在稳定的轨道上运动，它们之间的引力联系似乎并不牢固。

让我们回到大熊座的方向，继续走几百万光年，遇到另一个松散的集团——M101星系团。该组依靠其核心成员M101将其他成员绑定在一起。M101与银河系性质相似，大部分成员只是它的卫星星系。M101直径17万光年，旋臂缠绕紧密，质量是太阳的1000亿倍。

螺旋星系M101距离我们1800万光年，是其星系团的核心成员。它正对着我们，展览面积17万光年。

如果我们向西南方向走不到20度，就会遇到犬类二号星座。距离我们3000万光年，它最大最有名的成员是M106。这个星系中的水蒸气发出微波脉冲，产生巨大的微波激射信号——类似激光的巨大微波信号。天文学家利用M106中心超大质量黑洞周围的水巨人脉泽信号直接测量其距离。

这个星系还有“标准烛光”——造父变星。因为它们的亮度变化可以预测，天文学家用它来测量距离。这些星星就像间歇供电控制的圣诞灯，有规律的亮暗。亮度的变化周期揭示了恒星本身的光度。与观测到的亮度相比，天文学家可以计算出它的距离。所以M106中的水巨脉泽源和造父变星可以帮助天文学家标定宇宙距离尺度。

借助水蒸气的微波辐射，我们确定了M106-3000万光年的距离。

把他们串在一起的戒指

M96星系团位于狮子座方向，距离我们约3600万光年，有许多大而明亮的星系成员——其中12个直径超过3万光年。2010年，它还帮助天文学家研究了星系的形成，这要归功于它周围一圈延伸65万光年的冷气体。近30年来，没有人知道这枚戒指来自哪里，也不知道它到底是什么。

后来，由法国里昂天文台的天文学家领导的研究小组决定揭开气环的秘密。他们认为它可能是“原始气体”——它从未落入其他星系，也无法形成恒星。天文学家认为，为了形成一个星系，原始的冷气体必须落入其中。像营养食物一样，这些气体滋养了银河系的早期生长。然而，望远镜从未在不断增长的星系周围发现古代原子团。科学家认为狮子座环可能是他们正在寻找的。

然而，当他们把望远镜对准它时，他们发现它发出明亮的可见光——那种由年轻的大质量恒星发出的光。显然，原始气体不会形成这样的恒星。因此，狮子座戒指又增加了一个有待解开的新谜团。

借助计算机数值模拟，科学家发现这种环状结构是大碰撞留下的疤痕。十几亿年前，位于星系团中心的椭圆星系NGC3384与外围的螺旋星系M96相撞。其中一个星系的气体被吹走，最后形成了气环。

最大最差

处女座星系团是当地超星系团中最大的星系团，其中心距我们约5500万光年。顾名思义，你可以看到它在处女座的方向。前面提到的星系团和星团只有几十个成员，而处女座星系团有1300个甚至2000个成员。成员的总质量高达太阳质量的1200万亿倍，整个星团有720万光年的展开。

有一群星系际恒星分散在星系成员中，其总质量占星系团总质量的10%。还有球状星团，从宿主星系拖走的矮星系，以及至少一个恒星形成区。发出X射线的热气体在星系之间到处扩散空。

处女座星系团大到可以细分成几个子群:处女座A、处女座B、处女座c，处女座A的质量是另外两个子群的两倍，因此成为星系团的主宰。这三个星团最终会合并成一个巨大的星系团。因为它们还没有整合，天文学家怀疑处女座星团还很年轻，还在建立自己的身份。

生活在星团中心，也就是处女座A子群的中心，是巨大的椭圆星系M87。在处女座星系团中，像M87这样明亮的星系比比皆是。它们实际上是梅西尔和赫歇尔看到的集合体——这是宇宙中存在超星系团的第一个证据。15个更混乱的物体来自这里。很多成员只能用业余望远镜才能看到——比如M84，M86，M87，草帽星系，黑眼星系

巨大的处女座星团有数千个星系成员。在图的中心区域下方是M87，它是星团中最大的成员。

在处女座星系团中，许多星系与地球的距离几乎相同，因此天文学家将其视为研究星系演化的天然实验室。外星人游客可以通过在健身房观察各种各样的人来提高对人类进化的理解，天文学家也可以。他们通过研究女性星系团中的大量星系，对星系有了更多的了解。

最近，他们对恒星的形成有了新的认识——确切地说，恒星的形成并不像许多人预期的那样是一个快速的过程。2014年，一项研究发现，室内星团中心的湍流——这种气流使飞机抖动——震动了形成恒星的气体，使其在数十亿年内无法冷却。湍流是由一个活跃的黑洞产生的，它生活在一个星系的中心，并发出强大的喷流。这些湍流使得气体不可能稳定并形成恒星。

“这些缓慢的气流足以阻止气体快速冷却形成恒星，”领导这项研究的加州帕洛阿尔托斯坦福大学的伊琳娜·朱拉夫勒瓦说。了解恒星形成为什么会停止在星系和星团的中心，将有助于天文学家了解这些星系和星团的演化，以及我们银河系和当地星团的未来命运。

鱼和熊

再往前走，5900万光年，你会发现剑鱼星系团。它位于南半球剑鱼的方向，有70个成员。最著名的是NGC1483。这个星系有一个明亮的中心核球和蓬松的旋臂，上面点缀着明亮的恒星形成区和年轻的星团。

在大约相同的距离，但在大熊星座的方向，两个星系群聚集在一起。它的主要成员大多是螺旋星系，它们和其他小星系发出的光相当于室内女星系团总光度的30%。这个数字听起来可能不多，但是大熊座星团的质量只有处女座星团总质量的5%。

三十二个星系聚集在一起形成大熊星座北星系团，成员包括明亮的螺旋星系NGC3631、NGC4088、NGC3953和M109。M109和银河系很像。在梅西耶星表列出的109个天体中，它离我们最远。这意味着18世纪制造的望远镜看不到比它更远的物体。然而，今天在地面和空之间工作的大型望远镜已经可以让我们一瞥几十亿光年以外的星系。

移动研究对象

对这些星系进行分类并不那么容易。它们相对于我们有不同的方位，当我们从正面和侧面观察螺旋星系时，我们会得到非常不同的印象。我们只有星系的平面投影信息，却没有它们的三维图像。对于盘状星系来说，问题尤为严重。然而，我们可以通过观察星系中恒星的运动来判断星系的形状。如果一颗恒星自转缓慢而无序，那么它就是一个椭球星系。如果一颗恒星快速而有规律地自转，那它就是一个盘状星系。

在澳大利亚悉尼大学的尼古拉斯·斯科特的领导下，一组天文学家研究了6200万光年之外的摩天大楼第一星团中的恒星运动。他们发现星团中93%的星系是快速旋转体，只有7%是慢速旋转体。将这项研究的结果与其他星团的结果结合起来，斯科特的团队发现椭球星系往往分布在星团的中心——它们要么出生在那里，要么后来迁移。

距离我们6200万光年的第一摩天大楼群是当地超星系团中最远的成员之一。图中还可以看到星系NGC1427A。

“一个长期争论的问题是星系进化是先天的还是后天的，”斯科特说。星系之所以演变成今天我们所看到的样子，完全取决于它们在宇宙早期的性质，或者说是周围环境的影响。"这项研究表明，至少对某些星系来说，环境有很大的影响."他补充说，仍然有许多问题没有答案，未来对星系团的研究将告诉我们答案。

关于宇宙，总是有更多的问题需要回答——恒星、星系、星团、星团、超星系团，甚至更大的物质结构。因为宇宙中的物质聚集成超星系团，成员“彼此靠近”。天文学家只需要转动望远镜就能找到各种成员的集合。他们不仅需要研究遥远的宇宙是什么样的，还需要研究过去是什么样的，未来会进化成什么样，邻近的宇宙发生了什么，未来会发生什么。

来源:网络组织

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