根據(jù)恒星的演化規(guī)律，我們知道不同質(zhì)量的恒星會發(fā)出不同強(qiáng)度的光。通過測量得到光的強(qiáng)度，就能反推出恒星的總質(zhì)量，進(jìn)而可以粗略地知道每個星系的質(zhì)量，并得到星系的數(shù)目。

——鄒遠(yuǎn)川 華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授

深邃的宇宙星星點點，這些來自天體的光芒有強(qiáng)有弱，有些肉眼可見，有些就連大型天文望遠(yuǎn)鏡都無法看清。但正是這些暗弱的微光，刷新了我們對于宇宙中星系總量的認(rèn)知。

1月14日，據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)報道，一個國際科學(xué)研究小組在研究了“新視野號”對最暗弱天區(qū)長時間的觀測結(jié)果后發(fā)現(xiàn)：宇宙中星系的數(shù)量可能僅有幾千億個，而不是之前利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果推測的兩萬億個。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《天體物理學(xué)》雜志。

這一研究發(fā)現(xiàn)顛覆了我們的認(rèn)知，為什么前后數(shù)據(jù)的差異會如此巨大?科學(xué)家如何計算出宇宙中星系的總量?帶著這些問題，科技日報記者采訪了華中科技大學(xué)物理學(xué)院教授鄒遠(yuǎn)川。

“新視野號”為科學(xué)家打開了新視野

兩個探測器，卻得到了完全不同的結(jié)果。科學(xué)家對于宇宙星系數(shù)量的探測主要采用哪些方式?“對星系數(shù)量的估計，最直接的方式就是‘數(shù)數(shù)’。比如斯隆巡天項目(SDSS)，就是對240萬個星系進(jìn)行逐一觀測。”鄒遠(yuǎn)川說，當(dāng)然，這個數(shù)字遠(yuǎn)不是宇宙中所有星系的數(shù)目。首先，它沒有對所有的方向進(jìn)行觀測;其次，亮度比較暗弱的星系也沒有包括在內(nèi)，這些星系亮度較低的原因，要么是距離太遠(yuǎn)，要么則是星系本身太小。但這些小星系，反而占了星系總量的絕大多數(shù)。

所以，要得到宇宙星系的總量，必須得把那些非常暗、無法直接觀測到的星系都計算在內(nèi)。

“此前，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡正是采用這種辦法，得到了兩萬億的結(jié)論。”鄒遠(yuǎn)川說，它指向了一個沒有任何已知源的天區(qū)，對這一區(qū)域進(jìn)行了長達(dá)數(shù)月的觀測，發(fā)現(xiàn)了那些非常暗弱星系的光。這些光以背景的形式出現(xiàn)，科學(xué)家將這些背景光通過復(fù)雜的模型計算出星系的數(shù)目，并假設(shè)其他方向的星系數(shù)目也類似，就得到了兩萬億這一結(jié)論。

盡管哈勃太空望遠(yuǎn)鏡功能強(qiáng)大，也部署在太空中，但它仍是環(huán)繞地球運行，無法直接探測到宇宙中部分太遙遠(yuǎn)、太微弱的光源，也就不能了解這些光是不是星系發(fā)出的，又是由多少個星系發(fā)出的。

為此，人類通過發(fā)射遠(yuǎn)離地球的人造衛(wèi)星，甚至試圖讓探測器飛出太陽系，去探測這些光芒的源頭。

2006年1月19日，美國“新視野號”發(fā)射升空，它的主要任務(wù)是探測冥王星及其最大的衛(wèi)星卡戎(冥衛(wèi)一)，以及位于柯伊柏帶的小行星群。

在此次研究中，研究人員正是利用“新視野號”對冥王星和柯伊伯帶最暗弱天區(qū)進(jìn)行長時間、不間斷觀測的結(jié)果，確定了宇宙背景光亮度，該結(jié)果為模糊的未知星系數(shù)量設(shè)定了上限，表明宇宙中星系的數(shù)量只有幾千億個，而不是之前認(rèn)為的兩萬億個。

計算星系數(shù)量的唯一方法

為何科學(xué)家僅通過光度就可以計算出星系數(shù)量?是否還有其他方式?“事實上，對一個天體對象的探測，無非就是兩種方法：一個是引力，一個是電磁波。”鄒遠(yuǎn)川說，針對星系數(shù)量的探測，特別是占星系總量絕大多數(shù)的小星系，引力的作用幾乎體現(xiàn)不出來，因此只能通過電磁波。從這個意義上說，對星系光度以及背景光的測量是唯一的方法。

不過，也可以通過測量不同波段的光，來進(jìn)一步對星系數(shù)量做出更準(zhǔn)確的限制。

鄒遠(yuǎn)川介紹，根據(jù)恒星的演化規(guī)律，我們知道不同質(zhì)量的恒星會發(fā)出不同強(qiáng)度的光。通過測量得到光的強(qiáng)度，就能反推出恒星的總質(zhì)量，進(jìn)而可以粗略地知道每個星系的質(zhì)量，并得到星系的數(shù)目。

“但是星系發(fā)出的光，只占儀器所觀測到的光的一部分，還有其他光也可能被計算在內(nèi)。比如，太陽系中非常稀薄的塵埃，就會反射太陽光。”鄒遠(yuǎn)川說，之前哈勃太空望遠(yuǎn)鏡之所以得到了兩萬億的結(jié)論，就是因為被反射的太陽光這部分無法完全扣除。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡繞地球飛行，而地球在太陽系中距離太陽較近，塵埃反射的太陽光相對較強(qiáng)，便讓科學(xué)家高估了所有星系發(fā)出的光的強(qiáng)度。

鄒遠(yuǎn)川表示，此次研究人員能夠獲得這一觀測結(jié)果，正是利用了“新視野號”距離太陽相對較遠(yuǎn)、塵埃反射的太陽光較弱、星系光線干擾較小的優(yōu)勢。

“新視野號”在位于冥王星之外、大于40個天文單位(即40倍日地距離)時拍攝了宇宙中最暗的幾處天區(qū)。研究人員發(fā)現(xiàn)最暗的區(qū)域比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所觀測到的區(qū)域還要暗10倍。研究人員推測，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果中“多出來”的部分，就是源自太陽光的反射，不應(yīng)被認(rèn)為是星系發(fā)出的光，由此得出了宇宙星系數(shù)量只有幾千億個的結(jié)論。

目前“新視野號”已經(jīng)完成主要任務(wù)，往更遙遠(yuǎn)的宇宙深處飛去，最終或?qū)w離太陽系。

“少”了這么多星系不會影響宇宙質(zhì)量

宇宙中“少”了這么多星系，是否意味著此前認(rèn)為的宇宙質(zhì)量也會相應(yīng)減少?鄒遠(yuǎn)川表示，這一研究結(jié)果并非意味著宇宙中物質(zhì)質(zhì)量的減少，一是因為星系數(shù)量和物質(zhì)的質(zhì)量并不直接成正比。星系有大有小，對星系總量貢獻(xiàn)最大的是小星系，但它們對宇宙質(zhì)量的貢獻(xiàn)反而不是很大。二是因為，宇宙中的物質(zhì)質(zhì)量，約70%來自暗能量，25%來自暗物質(zhì)，只有5%來自普通物質(zhì)，這其中大約只有10%是發(fā)光的物質(zhì)。

此外，目前的測量結(jié)果誤差都比較大，只有通過不停地改進(jìn)方法和擴(kuò)大樣本量，才能得到對宇宙越來越精確的認(rèn)知。“新視野號”的這個發(fā)現(xiàn)，也只是在前進(jìn)道路上邁進(jìn)了一步。

鄒遠(yuǎn)川表示，此次研究結(jié)果更新了我們對于宇宙星系數(shù)量的認(rèn)知，但還沒有達(dá)到顛覆性的發(fā)現(xiàn)。因為在定義宇宙中星系數(shù)目的時候，首先要定義宇宙，其次要定義星系。前者基本上定義為可觀測宇宙，后者則要麻煩很多。星系的定義足夠精確嗎?小到什么程度就不算星系呢?只有在有了明確并且公認(rèn)的定義后，星系總數(shù)的測量才有明確意義。這也正是無數(shù)科學(xué)家正在為之奮斗的目標(biāo)之一。(記者 劉志偉)

關(guān)鍵詞： 宇宙 星系