宇宙比我们曾以为的拥挤得多：足有2万亿星系! | The Astrophysical Journal 论文推荐

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英国科学家的最新结果告诉我们：宇宙中有2万亿星系，这个数字比二十年前涨了十几倍。新数据有助于天文学家更好地理解星系的形成与演化，也为奥伯斯佯谬提供了更加全面的解释。

编译 金庄维

从0.12 万亿到 2万亿

早在1996年初，NASA 发布了著名的“哈勃深场（Hubble Deep Field）”。这张图像来之不易：哈勃空间望远镜将镜头对准星空中的一小片区域，整整观测了10天，通过长时间曝光捕捉极暗的天体。图像中包含的最远星系距离我们120亿光年，当然，那是它们很早之前的样子。天体物理学家数出这块区域中的星系数量，并且假设星系的分布在各个方向相似，推断出宇宙中共有1200亿星系。

哈勃深场（1995.12.18-1995.12.28）（图片来源：NASA）

但是这个数字显然是低估了的，因为它难以解释宇宙中的物质密度。更多星系由于太暗而无法被观测到，星系总数也无从知晓。

最近，英国诺丁汉大学的天体物理学家 Christopher Conselice 及其合作团队突破了困境。他们将望远镜（包括升级后的哈勃望远镜）得到的深空图像转换成三维模型，数出不同距离处星系的数量密度，然后推算出无法观测到的星系数量，得到的结论是宇宙中应当包含2万亿星系。

地球的新地址：拉尼亚凯亚超星系团，银河系，太阳系（图片来源：Nature）

不只是更新数据

除了更新宇宙中的星系总数，最新的研究还透露了其他信息：星系的形成演化以及对奥伯斯佯谬的解释。

1．星系的形成与演化

由于来自遥远星系的光线要跑很久才能到达地球，我们今天看到的图像是这些星系曾经的模样：距离越远，年代也越久。通过研究星系数密度随距离的变化，研究人员能够了解星系的形成与演化过程。Conselice 团队得到的结果与星系形成的一般理论吻合：星系在演化过程中相互合并，总数量显著下降。由此也能推断，现在实际存在的星系数量比2万亿少。

2．奥伯斯佯谬

德国天文学家奥伯斯在1823年提出：如果宇宙是永恒的（时间上静态，空间上无限）并且包含无数光源，为什么夜晚天会变黑？Conselice 团队通过对背景光进行分析发现，需要综合考虑几种因素才能对奥伯斯佯谬进行严格解释。首先，由于宇宙正在加速膨胀而非处于静态，光线发生红移，变得不可见。第二，宇宙的年龄有限，我们看到的范围也有限。遥远的星光尚未到达地球，自然无法照亮夜空。第三，有些光线被星际尘埃吸收。

科研人员现在只能直接观测所有星系中的10%，但这种境况将在两年内得到改善。哈勃望远镜的继任者，詹姆斯·韦伯太空望远镜即将进行部署。新一代望远镜能够看得更久远，我们对宇宙的了解也将更进一步。

参考文献：

1、  http://www.nature.com/news/universe-has-ten-times-more-galaxies-than-researchers-thought-1.20809

2、  http://nautil.us/blog/there-may-be-two-trillion-other-galaxies

3、  http://www.zmescience.com/space/ten-times-more-galaxies

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论文基本信息

【题目】THE EVOLUTION OF GALAXY NUMBER DENSITY AT Z < 8 AND ITSIMPLICATIONS

【作者】Christopher Conselice et.al.

【日期】2016.10.11

【期刊】The Astrophysical Journal (accepted)

【摘要】The evolution of the number density of galaxies in the universe, andthus also the total number of galaxies, is a fundamental question withimplications for a host of astrophysical problems including galaxy evolutionand cosmology. However there has never been a detailed study of this important measurement,nor a clear path to answer it. To address this we use observed galaxy stellarmass functions up to z ∼ 8 to determinehow the number densities of galaxies changes as a function of time and masslimit. We show that the increase in the total number density of galaxies (φ_T),more massive than M_∗ = 10^6 M_⊙ , decreasesas φ_T ∼ t^−1, where t isthe age of the universe. We further show that this evolution turns-over andrather increases with time at higher mass lower limits of M_∗ > 10^7 M_⊙. By usingthe M_∗ = 10^6 M_⊙ lower limitwe further show that the total number of galaxies in the universe up to z = 8is 2.0+0.7−0.6 × 10^12 (two trillion), almost a factor often higher than would be seen in an all sky survey at Hubble Ultra-Deep Fielddepth. We discuss the implications for these results for galaxy evolution, aswell as compare our results with the latest models of galaxy formation. These

results also reveal that the cosmicbackground light in the optical and near-infrared likely arise from theseunobserved faint galaxies. We also show how these results solve the question ofwhy the sky at night is dark, otherwise known as Olbers’ paradox

【链接】https://arxiv.org/pdf/1607.03909v2.pdf

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