宇宙之謎藏在這10個(gè)地方（三）

石無(wú)魚

5、蜘蛛星云

它是什么？

正在孕育恒星的星云

它在哪里？

距離我們16.3萬(wàn)光年的大麥哲倫星云

涉及的謎團(tuán)

是什么制造了那些巨恒星？

蜘蛛星云是一個(gè)正在孕育恒星的星云，位于我們的相鄰星系——大麥哲倫星云里。2010年，一個(gè)天文學(xué)家小組在蜘蛛星云中發(fā)現(xiàn)了4顆巨恒星，最大的達(dá)到了太陽(yáng)質(zhì)量的265倍。這讓他們非常驚訝。因?yàn)榘磦鹘y(tǒng)的恒星演化理論，150個(gè)以上太陽(yáng)質(zhì)量的恒星是不存在的。

為什么這樣的恒星不應(yīng)該存在呢？我們知道，恒星的光是在其內(nèi)部的核聚變中產(chǎn)生的。它們本來(lái)都有很高的能量，在往外逃的過(guò)程中，與恒星的外圍大氣相互作用，一部分變成能量不那么高的可見光。我們知道光是由光子組成的。光子跟物質(zhì)作用時(shí)，會(huì)對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生一個(gè)壓力，叫“光壓”。你可以把光子想象成一個(gè)個(gè)小球，當(dāng)小球撞到墻壁，對(duì)墻壁會(huì)有壓力，是不是？如果恒星質(zhì)量很大，內(nèi)部核聚變非常劇烈，產(chǎn)生的光子能量很高，數(shù)量又特別多，它們對(duì)恒星外圍大氣產(chǎn)生的壓力將很大，會(huì)把外圍大氣吹走，離開恒星。于是，恒星的質(zhì)量馬上就降下來(lái)了。

但現(xiàn)在他們看到的是太陽(yáng)質(zhì)量265倍的巨恒星，而且這還不是單例。2017年，另一組天文學(xué)家在蜘蛛星云中發(fā)現(xiàn)了一大群超級(jí)重的恒星。在它們里面，即使是高達(dá)200個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，似乎也只能算“小老弟”。

無(wú)獨(dú)有偶。另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也對(duì)傳統(tǒng)的恒星演化理論構(gòu)成挑戰(zhàn)。在智利ALMA射電望遠(yuǎn)鏡陣列工作的一個(gè)天文學(xué)家小組，他們?cè)趮雰浩谟钪娴男窍抵?，通過(guò)一種方法，也發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)理論預(yù)言本不該存在的巨恒星。

這些發(fā)現(xiàn)不單迫使我們建立一套新的恒星演化理論，而且在很多方面帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

更多、更大的恒星意味著恒星生命結(jié)束時(shí)會(huì)有更多超新星爆發(fā)。因?yàn)椴皇撬泻阈嵌寄芤猿滦潜l(fā)的形式結(jié)束自己的生命的。超新星爆發(fā)需要滿足一些條件。超新星爆發(fā)的一種機(jī)制是恒星內(nèi)部核聚變停止后，在引力作用下坍塌成中子星或黑洞時(shí)發(fā)生的。顯然，恒星質(zhì)量越大，最后越有可能坍塌成中子星或黑洞。天文學(xué)家已有證據(jù)證明，10億光年之外的超新星SN 2007bi，是由一顆超過(guò)200個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星演化而來(lái)的。他們估計(jì)，因?yàn)楦嗑藓阈堑拇嬖冢滦菙?shù)量會(huì)比現(xiàn)在估計(jì)的要多70%。

擁有更多的超新星可以使宇宙中那些對(duì)生命至關(guān)重要的重元素（氧、碳和鐵等）大幅度增加，這些元素隨著超新星爆發(fā)被撒播到宇宙各處。這樣以來(lái)，外星生命存在的概率就增加了。

此外，最近天文學(xué)家捕捉到第一代恒星發(fā)出的光信號(hào)。他們發(fā)現(xiàn)，信號(hào)比他們預(yù)期的要強(qiáng)烈得多，這使科學(xué)家們大惑不解。但如果這些第一代恒星也是超大號(hào)巨恒星的話，那么它們發(fā)出的光自然要比普通恒星強(qiáng)了。這樣天文學(xué)家心中的疑惑也就迎刃而解了。

6、星系NGC 1052-DF2

它是什么？

超稀疏的星系

它在哪里？

在距離我們6千萬(wàn)光年的鯨魚座

涉及的謎團(tuán)

暗物質(zhì)真的存在嗎？

對(duì)宇宙的探討，就像兩軍對(duì)壘的一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。宇宙學(xué)家為此分成兩派，兩派為一個(gè)“是什么阻止了旋轉(zhuǎn)星系分崩離析”的問(wèn)題，而陷入了曠日持久的爭(zhēng)論。

1970年代，這場(chǎng)爭(zhēng)論就開始了。當(dāng)時(shí)，天文學(xué)家對(duì)旋轉(zhuǎn)星系測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，它們似乎旋轉(zhuǎn)地太快了，星系內(nèi)的物質(zhì)本來(lái)應(yīng)該是留不住的。因?yàn)槲覀冎?，旋轉(zhuǎn)物體如果沒有足夠的向心力，就要飛出去。在一個(gè)旋轉(zhuǎn)星系中，向心力是星系中心的萬(wàn)有引力提供的，引力大小則取決于星系的質(zhì)量。天文學(xué)家猜測(cè)，對(duì)于大多數(shù)旋轉(zhuǎn)星系，為了避免分崩離析，大約需要比現(xiàn)在已探測(cè)到的多10～100倍的物質(zhì)。

但這些多余的物質(zhì)實(shí)際上并沒有被直接探測(cè)到。解決這一矛盾目前有兩種途徑。最直接的，也是被大多數(shù)人接受的解釋是：這些星系中存在一種迄今還很神秘的物質(zhì)——“暗物質(zhì)”。暗物質(zhì)跟普通物質(zhì)之間有萬(wàn)有引力作用，所以它們可以為旋轉(zhuǎn)星系提供額外的向心力。但它們跟普通物質(zhì)之間沒有電磁力，不會(huì)發(fā)光，所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到它們。

但也有少數(shù)人認(rèn)為，暗物質(zhì)是一種錯(cuò)覺。旋轉(zhuǎn)星系能保持它們的形狀，是因?yàn)槲覀冞€沒有正確地理解萬(wàn)有引力。

怎么？牛頓提出萬(wàn)有引力定律都幾百年了，難道物理學(xué)家還沒把引力研究透嗎？一部分天文學(xué)家確實(shí)是這樣認(rèn)為的。比如牛頓萬(wàn)有引力定律說(shuō)，引力與距離的平方成反比，但這一點(diǎn)是否正確？也許引力與距離的2.0000000001次方或者1.999999999次方成反比呢？這一點(diǎn)微小的差別，雖然距離近時(shí)顯不出效果來(lái)，但距離遠(yuǎn)了，說(shuō)不定效果就出來(lái)了。為此，一些科學(xué)家還提出過(guò)很多“修正版”的引力理論。

其實(shí)這兩派宇宙學(xué)家的主張都很懸。這么多年過(guò)去了，既沒發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子，也沒發(fā)現(xiàn)引力確實(shí)需要修正的地方，兩派誰(shuí)也不服誰(shuí)。但今年早些時(shí)候發(fā)現(xiàn)的一個(gè)超稀疏的星系NGC 1052-DF2，似乎使天平不平衡起來(lái)。

一般來(lái)說(shuō)，如果有暗物質(zhì)的話，它們都盤踞在星系的中心區(qū)域。它們靠引力吸聚普通物質(zhì)，使后者的分布也不至于太稀疏。所以，像NGC 1052-DF2這樣超級(jí)稀疏的星系，基本上可以肯定星系內(nèi)部不存在暗物質(zhì)。有一種情況可以制造出這類星系來(lái)，比如一些本含有暗物質(zhì)的星系團(tuán)發(fā)生劇烈碰撞，會(huì)把星系團(tuán)內(nèi)的普通物質(zhì)碰撞出來(lái)了，脫離暗物質(zhì)的控制。這就好比兩車相撞一樣。暗物質(zhì)車上裝的貨物是普通物質(zhì)，相撞時(shí)，一些貨物脫離車輛，被甩到地上去了。

確實(shí)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，超稀疏星系NGC 1052-DF2就是這樣一個(gè)脫離了暗物質(zhì)的旋轉(zhuǎn)星系。在假設(shè)它不含暗物質(zhì)的情況下，用正常的引力定律計(jì)算所得的旋轉(zhuǎn)速度，跟測(cè)量到的速度十分吻合。但如果按另一派宇宙學(xué)家的觀點(diǎn)，用修正版的引力理論計(jì)算，那就跟測(cè)量結(jié)果不符了。

既然目前爭(zhēng)論方只有兩派，現(xiàn)在事實(shí)對(duì)“修正引力”一派不利，那也就證明了主張“存在暗物質(zhì)”那一派的觀點(diǎn)更合理。所以，雖然NGC 1052-DF2星系本身不含暗物質(zhì)，但它恰恰成了主張“存在暗物質(zhì)”那一派的宇宙學(xué)家用來(lái)反駁另一派宇宙學(xué)家的最好證據(jù)。

但是，“修正引力”一派后來(lái)又把天平扳回來(lái)了。他們說(shuō)，最初計(jì)算的時(shí)候，有一些情況沒考慮到，比如NGC 1052-DF2星系事實(shí)上處于一個(gè)更大的橢圓星系中，橢圓星系中的其他物質(zhì)對(duì)它內(nèi)部的引力也是有影響的;如果考慮到這一點(diǎn)，用“修正”后的引力理論計(jì)算，就能跟測(cè)量結(jié)果保持一致。

于是，兩派又打了一個(gè)平手。

但事情總不能老是這樣僵持下去吧，天文學(xué)家希望未來(lái)能找到更多的超稀疏星系，來(lái)驗(yàn)證兩者的對(duì)錯(cuò)。