深邃的宇宙星星点点 ， 这些来自天体的光芒有强有弱 ， 有些肉眼可见 ， 有些就连大型天文望远镜都无法看清 。 但正是这些暗弱的微光 ， 刷新了我们对于宇宙中星系总量的认知 。
1月14日 ， 据美国国家航空航天局（NASA）官网报道 ， 一个国际科学研究小组在研究了“新视野号”对最暗弱天区长时间的观测结果后发现：宇宙中星系的数量可能仅有几千亿个 ， 而不是之前利用哈勃太空望远镜的观测结果推测的两万亿个 。 相关研究结果发表于《天体物理学》杂志 。
这一研究发现颠覆了我们的认知 ， 为什么前后数据的差异会如此巨大？科学家如何计算出宇宙中星系的总量？带着这些问题 ， 科技日报采访人员采访了华中科技大学物理学院教授邹远川 。
“新视野号”为科学家打开了新视野
两个探测器 ， 却得到了完全不同的结果 。 科学家对于宇宙星系数量的探测主要采用哪些方式？“对星系数量的估计 ， 最直接的方式就是‘数数’ 。 比如斯隆巡天项目（SDSS） ， 就是对240万个星系进行逐一观测 。 ”邹远川说 ， 当然 ， 这个数字远不是宇宙中所有星系的数目 。 首先 ， 它没有对所有的方向进行观测；其次 ， 亮度比较暗弱的星系也没有包括在内 ， 这些星系亮度较低的原因 ， 要么是距离太远 ， 要么则是星系本身太小 。 但这些小星系 ， 反而占了星系总量的绝大多数 。
所以 ， 要得到宇宙星系的总量 ， 必须得把那些非常暗、无法直接观测到的星系都计算在内 。
“此前 ， 哈勃太空望远镜正是采用这种办法 ， 得到了两万亿的结论 。 ”邹远川说 ， 它指向了一个没有任何已知源的天区 ， 对这一区域进行了长达数月的观测 ， 发现了那些非常暗弱星系的光 。 这些光以背景的形式出现 ， 科学家将这些背景光通过复杂的模型计算出星系的数目 ， 并假设其他方向的星系数目也类似 ， 就得到了两万亿这一结论 。
尽管哈勃太空望远镜功能强大 ， 也部署在太空中 ， 但它仍是环绕地球运行 ， 无法直接探测到宇宙中部分太遥远、太微弱的光源 ， 也就不能了解这些光是不是星系发出的 ， 又是由多少个星系发出的 。
为此 ， 人类通过发射远离地球的人造卫星 ， 甚至试图让探测器飞出太阳系 ， 去探测这些光芒的源头 。
2006年1月19日 ， 美国“新视野号”发射升空 ， 它的主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎（冥卫一） ， 以及位于柯伊柏带的小行星群 。
在此次研究中 ， 研究人员正是利用“新视野号”对冥王星和柯伊伯带最暗弱天区进行长时间、不间断观测的结果 ， 确定了宇宙背景光亮度 ， 该结果为模糊的未知星系数量设定了上限 ， 表明宇宙中星系的数量只有几千亿个 ， 而不是之前认为的两万亿个 。
计算星系数量的唯一方法
为何科学家仅通过光度就可以计算出星系数量？是否还有其他方式？“事实上 ， 对一个天体对象的探测 ， 无非就是两种方法：一个是引力 ， 一个是电磁波 。 ”邹远川说 ， 针对星系数量的探测 ， 特别是占星系总量绝大多数的小星系 ， 引力的作用几乎体现不出来 ， 因此只能通过电磁波 。 从这个意义上说 ， 对星系光度以及背景光的测量是唯一的方法 。
不过 ， 也可以通过测量不同波段的光 ， 来进一步对星系数量做出更准确的限制 。
邹远川介绍 ， 根据恒星的演化规律 ， 我们知道不同质量的恒星会发出不同强度的光 。 通过测量得到光的强度 ， 就能反推出恒星的总质量 ， 进而可以粗略地知道每个星系的质量 ， 并得到星系的数目 。
“但是星系发出的光 ， 只占仪器所观测到的光的一部分 ， 还有其他光也可能被计算在内 。 比如 ， 太阳系中非常稀薄的尘埃 ， 就会反射太阳光 。 ”邹远川说 ， 之前哈勃太空望远镜之所以得到了两万亿的结论 ， 就是因为被反射的太阳光这部分无法完全扣除 。
哈勃太空望远镜绕地球飞行 ， 而地球在太阳系中距离太阳较近 ， 尘埃反射的太阳光相对较强 ， 便让科学家高估了所有星系发出的光的强度 。
邹远川表示 ， 此次研究人员能够获得这一观测结果 ， 正是利用了“新视野号”距离太阳相对较远、尘埃反射的太阳光较弱、星系光线干扰较小的优势 。
“新视野号”在位于冥王星之外、大于40个天文单位（即40倍日地距离）时拍摄了宇宙中最暗的几处天区 。 研究人员发现最暗的区域比哈勃太空望远镜所观测到的区域还要暗10倍 。 研究人员推测 ， 哈勃太空望远镜的观测结果中“多出来”的部分 ， 就是源自太阳光的反射 ， 不应被认为是星系发出的光 ， 由此得出了宇宙星系数量只有几千亿个的结论 。
目前“新视野号”已经完成主要任务 ， 往更遥远的宇宙深处飞去 ， 最终或将飞离太阳系 。
“少”了这么多星系不会影响宇宙质量
宇宙中“少”了这么多星系 ， 是否意味着此前认为的宇宙质量也会相应减少？邹远川表示 ， 这一研究结果并非意味着宇宙中物质质量的减少 ， 一是因为星系数量和物质的质量并不直接成正比 。 星系有大有小 ， 对星系总量贡献最大的是小星系 ， 但它们对宇宙质量的贡献反而不是很大 。 二是因为 ， 宇宙中的物质质量 ， 约70%来自暗能量 ， 25%来自暗物质 ， 只有5%来自普通物质 ， 这其中大约只有10%是发光的物质 。
此外 ， 目前的测量结果误差都比较大 ， 只有通过不停地改进方法和扩大样本量 ， 才能得到对宇宙越来越精确的认知 。 “新视野号”的这个发现 ， 也只是在前进道路上迈进了一步 。
【观测|看清宇宙中暗弱的光却看“丢”了一万多亿个星系】邹远川表示 ， 此次研究结果更新了我们对于宇宙星系数量的认知 ， 但还没有达到颠覆性的发现 。 因为在定义宇宙中星系数目的时候 ， 首先要定义宇宙 ， 其次要定义星系 。 前者基本上定义为可观测宇宙 ， 后者则要麻烦很多 。 星系的定义足够精确吗？小到什么程度就不算星系呢？只有在有了明确并且公认的定义后 ， 星系总数的测量才有明确意义 。 这也正是无数科学家正在为之奋斗的目标之一 。 （采访人员 刘志伟）
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