銀河系與仙女座星系誰更重？_風聞

观察者网用户_244575-2019-03-18 08:42

2019-03-18

原創：牧夫天文

作者：Ethan Siegel，福布斯大爆炸專欄

翻譯：毛明遠

校對：趙琨、楊伯順、王克義

封面圖片：壯麗的銀河

Credit: ESO/S. GUISARD

寬廣的銀河系，容納了千億顆恆星，太陽——我們的生命之源——只是其中之一；銀河系所處的本星系羣，擁有60餘個星系；從下圖不難看出，銀河系與仙女座星系當屬最大的兩個。

仙女座星系尺寸更大顯而易見，但説到質量，誰能稱霸本星系羣，至今還是難解的謎團。

本星系羣由銀河系和仙女座星系“主導”

Credit: ANDREW Z. COLVIN

測量一個星系的質量談何容易，如果是我們所處的銀河系，則更難上加難。假如你想知道你所處房間中每個人眼睛的顏色，那你就要走到每個人的身邊觀察並記錄，或是藉助望遠鏡觀察，但你卻無法明確自己眼睛的顏色（虹膜的顏色）。

看看人們的面孔(譯者猜測這是2017年北美世紀日全食時拍攝的)

Credit: PUBLIC DOMAIN / PXHERE

想要知道自己眼睛的顏色：1、可以詢問他人；2、通過反射光，比如照照鏡子、自拍。

然而對於銀河系，我們永遠無法完成這兩個“簡單”的動作。

奧大大

Credit: PETE SOUZA / WHITE HOUSE

如何觀測和估算銀河系的質量？科學家們一直在做各種嘗試，望遠鏡越建越大，選址海拔越來越高，甚至我們把望遠鏡送到太空(但也就在地球旁邊)，巡天觀測讓我們獲取到大量銀河系恆星的信息，但這些信息依然非常有限。

來自蓋亞任務的銀河系全景圖，中間橫跨圖片的是銀河系，右下方是大小麥哲倫雲

Credit: ESA/GAIA

截至目前的觀測數據表明，銀河系擁有約2000-4000億顆恆星，太陽系距離中心約2.5萬光年。

銀河系直徑10萬光年，而中心厚度約5000-6000光年，邊緣厚度2000-3000光年，可見物質(恆星、塵埃和氣體)之間會相互遮擋。

銀河系的旋臂到底是什麼狀況未有定論。

遠端的超新星和超新星遺蹟很難觀測。

物質圍繞銀河系中心旋轉，但準確測算這個運動並不容易。

四種不同波段的銀河系中心區域影像，從上至下分別是：亞毫米波、遠紅外、近紅外和可見光

Credit: ESO/ATLASGAL CONSORTIUM/NASA/GLIMPSE CONSORTIUM/VVV SURVEY/ESA/PLANCK/D. MINNITI/S. GUISARD ACKNOWLEDGEMENT: IGNACIO TOLEDO, MARTIN KORNMESSER

上圖可以看出波長較長的光穿透能力較強。目前，歐空局的蓋亞任務對銀河系的天體測量意義重大，它讓我們瞭解到很多銀河系的細節。

再來看看仙女座星系，它距離我們200萬光年，是天空中角直徑最大的星系。科學家對仙女座星系進行了大量觀測，其中最著名的要數全波段哈勃仙女座星系庫PHAT(the Panchromatic Hubble Andromeda Treasury)的觀測數據，幾乎覆蓋了一半範圍的恆星和塵埃。

PHAT影像

Credit: NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON), THE PHAT TEAM, AND R. GENDLER

經過對比現有觀測數據，仙女座星系的數據在以下幾個方面佔優勢：

從恆星數量上，斯皮策空間望遠鏡(紅外)觀測結果表明，仙女座星系約有1萬億顆恆星，而銀河系的恆星數量不確定性很高，數量範圍是2000-4000億顆恆星。

仙女座星系的直徑還是比較容易測量的，約22萬光年，而銀河系僅有10萬光年。

仙女座星系的恆星更古老，它的恆星形成速率大約僅有銀河系的20-30%。

仙女座星系中6個壯觀的星團(其中第五張明亮的橙色恆星是前景銀河系的恆星)。這些來自PHAT的觀測結果有助於我們測算仙女座星系的恆星形成速率和它們的歷史

Credit: NASA, ESA, J. DALCANTON, B.F. WILLIAMS, L.C. JOHNSON (UNIVERSITY OF WASHINGTON), AND THE PHAT TEAM

這樣看來，仙女座星系的質量應該比銀河系大很多。但是我們忽略了一些因素：測算星系的質量通常是觀測圍繞星系中心的星系暈中的星團、恆星。對於仙女座星系來説，主要的物質分佈在中心向外的百萬光年範圍內，不僅包括上述星團、恆星，還有塵埃、氣體，以及上文未提及的暗物質。因此，仙女座星系的質量仍存在很大的不確定性，約是太陽質量的8000億至1.5萬億倍。