星系也会在自转吗?

中国竹制品网 2019-10-09


星系也会在自转吗?

就像地球、太阳一样,星系确实都在自转。这种自转运动会使像银河系这样的螺旋星系呈现为扁平的圆形。就其各部分的切向速度而言,星系的自转速度非常快。例如,我们的太阳系在参与银河系自转的过程中,以每小时79.2万公里(220公里/秒)的速度在星际空间中运行。那么,如果星系的各个部分移动得如此之快,为什么它们看起来会像是静止的呢?

简单来说,这是因为星系大得难以想象。从远处看,一个高速运动的物体看起来显得很慢,例如,天上的飞机看起来是在慢慢运动,尽管飞机的时速可达900公里。这不是什么心理效,在一个巨大的空间中,当物体的速度用它所要行进的总距离的百分比来表示时,它实际上运动得非常慢。

我们的太阳系距离银河系中心大约2.6万光年,所以太阳系环绕银河系运动一圈所需要行进的距离是16.3万光年,即155亿亿(1.55×10^18)公里。虽然太阳系正以每小时79.2万公里的速度再空间中快速运动,但我们环绕银心旋转一周仍需要大约2.2亿年的时间。

星系也会在自转吗?

就完成一次环绕银河系的运动而言,太阳系以每小时1000万亿分之五圈的速度绕银心运行。如果河外星系中存在外星文明,并且他们可以观测到整个银河系,由于我们的星系旋转得非常缓慢,以至于看起来根本就没有旋转。同样地,我们观测其他星系,也无法直接看出它们的旋转。

由于太阳以及其他恒星环绕银心旋转的角速度很慢,这使得我们也看不出夜空中的恒星运动。无论我们什么时候观测星空,恒星的相对位置都是保持恒定的。

不过,也有例外的情况。位于6光年外的巴纳德星是离太阳第四近的恒星,它的自行速度非常快。如果把巴纳德星每隔五年在星空中的位置做个比较,就会发现它相对于背景星空出现了明显的移动:

星系也会在自转吗?

尽管如此,人的肉眼是不可能看出巴纳德星的自行运动,6光年的距离还是太远了。

虽然肉眼看不出星系的自转,但天文学家通过对星系自转的研究,有了意想不到的发现。理论上,越远离星系中心的恒星绕着星系中心旋转的速度应该越慢,这就像行星绕着恒星旋转那样遵循开普勒定律。然而,观测结果非常令天文学家意外,因为恒星的公转速度并没有随着距离的增加而逐渐减小,而是基本维持恒定,如下图所示:

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这是已有的理论所无法解释的情况,因为如果星系边缘的恒星公转速度也很快,这些恒星就不可能会被星系束缚住,星系的结构早就会散掉。对此的解释有两种,一种解释是现有的引力理论有问题,需要进行修正,修正牛顿引力理论就是一个例子。

还有一种解释是星系中存在着一种不为人知的物质,它们并非由质子和中子构成的重子物质,这种特殊的物质可以起到引力的作用,但基本上不会发生电磁作用,所以它们无法直接用天文望远镜来探测,天文学家把这种物质称为暗物质。暗物质假说更受青睐,因为还有其他证据可以支持它们的存在。

星系也会在自转吗?

据估计,如果宇宙中存在暗物质,它们的含量是普通物质的5倍。目前的理论认为,暗物质可能是由大质量弱相互作用粒子构成,这是天文学家一直在寻找的神秘粒子。我国在2015年发射了“悟空号”暗物质粒子探测器,它的其中一个主要目标是寻找暗物质。如果能够找到暗物质,这必将是天文学的又一里程碑。