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银河系中心最亮部分是什么,为何2000亿颗恒星都在绕它转动?

这个是认证

老M科普录

2021-12-15 16:41

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太阳是我们的主恒星,给地球提供光和热,滋养着万千地球生命。在太阳系外,还存在着不计其数的恒星。事实上,我们在夜空中看到的星星大都是太阳系外的恒星。但还有更多更远的恒星,我们无法用肉眼看到。

这些恒星共同组成了巨大的银河系,它是一个薄盘结构,盘面直径约18万光年,盘面平均厚度约2000光年,中间还有一个半径约为6500光年的核球。银河系中心呈现球状结构,而且还比其他区域亮得多。


在银河系中,恒星的数量估计有2000亿颗。如此多的恒星无一例外,都在绕着银心转动。那么,银心中究竟有什么东西,最亮的那部分是什么,能让2000亿颗恒星都绕着它转动?

在北半球夏季的夜空中,一条白色的光带从南方天空一直延伸向北方天空,那是源自于银河系盘面的亮光。我们的太阳系不在银河系中心,与银心的距离其实有2.6万光年。从地球上看来,银心位于人马座方向。


虽然很多银河系照片显示,银心非常明亮,但我们在现实中却没有看到这种现象。这是因为在银心和太阳系之间的星际空间中分布着大量的尘埃,它们阻挡了来自银心的大部分可见光。

之所以银心实际极为明亮,是因为那里的恒星密度极高。在直径为1.3万光年的核球中,存在着多达100亿颗恒星,占到了银河系恒星总数的5%。越靠近银心,恒星的密度就越高。


在银心周围1立方光年的空间中,聚集着大约30万颗恒星。在银心周围50立方光年的空间中,更是有上千万颗恒星。在太阳周围,恒星之间的距离普遍为4光年,例如,离太阳最近的恒星比邻星在4.2光年之外。

如果没有星际尘埃的阻挡,即便银心远在两万多光年外,我们在地球上能够看到银心方向数以亿计恒星传过来的亮光,它们的总亮度可以轻松超过满月,夜空将看起来变得完全不同。


而如果我们的太阳系身处银心,整个天空都会布满恒星,夜空的亮度是满月的200倍,可以看到100万颗亮如天狼星的恒星。在这样的地方,将没有黑夜,也很难接收到来自银心以外的宇宙传来的光。

无论是太阳,还是其他恒星,都在各自的轨道上绕着银心旋转。越靠近银心的地方,恒星的公转速度越快,反之亦然。太阳以大约每秒230公里/秒的速度绕着银心转动,每2.3亿年转一圈。从太阳系起源到现在,太阳已经带着我们绕着银心转了20圈,也就是20个银河年。


在太阳系中,地球以及其他行星都在绕着太阳转动。这是因为太阳的质量非常大,它占据了99.86%的已知太阳系质量,所以它的强大引力束缚着各大天体绕其旋转。那么,在银河系中心,是否也有一个巨大的天体在控制着所有恒星的运动呢?

长久以来,天文学家已经知道银心中有一个致密的大质量天体,后经一系观测结果证实是一个超大质量黑洞,它被称为人马座A*,质量相当于太阳的415万倍。黑洞可以吞噬掉任何掉进它表面的东西,无论是恒星、尘埃,甚至是光,都是有去无回,让黑洞变得越来越大。


尽管人马座A*拥有着极端的引力作用,但它所能主宰的范围其实很有限,根本无法控制银河系中的所有恒星。与质量估计高达太阳1万亿倍的银河系相比,人马座A*的质量仍然太小了,它占银河系的比重仅为24万分之一。

根据牛顿的万有引力定律,引力会随着距离平方的增加而迅速减弱。通过计算可知,人马座A*对于太阳的引力作用还弱于比邻星与太阳之间的引力作用。既然人马座A*没有这个能力,究竟谁才是银河系背后的真正引力主宰者?


事实上,真正的引力主宰者是银河系中的所有恒星、尘埃等一切物质。它们都会产生引力作用,互相叠加和抵消之后,会在银河系中心产生一个共同的引力中心,让所有恒星都绕该中心旋转,这才是银心的真正由来。


至于为什么人马座A*恰巧就在银心,这背后的机制还没有彻底弄清。就目前所知,几乎所有星系中心都有一个超大质量黑洞,例如,仙女座星系中心潜伏着一个超大质量黑洞,它的质量至少是太阳的1.1亿倍。这背后必然有一种形成机制,让超大质量黑洞刚好出现在星系中心。

# 科学
# 银河系
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