封面｜ JWST所展示的星系
大家好，我是科学羊。
40多年前，著名天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）向世界展示了一个令人震撼的宇宙景象：在仅仅银河系中，就存在着数千亿颗恒星。
而整个可观测宇宙可能包含多达1000亿个星系。
这一数字在当时令人瞠目结舌，成为了萨根的象征，即使他本人并未在他的科普剧《宇宙》（Cosmos）中直接提到“数十亿和数十亿”这个词。
但随着观测技术的进步，我们对宇宙的理解正在迅速升级，萨根的估计已经显得过于保守。事实上，最新的研究和观测表明，宇宙中星系的数量比早期估算的要多得多。
哈勃太空望远镜的“极深空”观测曾是人类探索宇宙最深远的窗口之一。
通过将望远镜指向天空中一个极小的区域并持续累积23天的光线，天文学家们得到了一个惊人的结果：在这块微不足道的天空切片中，就探测到了约5500个星系。由此推算，整个可观测宇宙中的星系数量约为1700亿个。
然而，1700亿这个数字很快就被新的理论计算所超越。
研究人员提出，许多星系太小、太暗或太遥远，哈勃望远镜根本无法探测到它们。
通过模型推演，科学家得出一个更加惊人的数字——2万亿个星系。这一结果令人振奋，却仍然无法反映宇宙的真正“全貌”。
结构模拟的片段，随着宇宙的扩张，代表了暗物质丰富的宇宙中数十亿年的引力增长
进一步的研究指出，即使是2万亿这个数字，也可能远远低估了实际情况。综合多种观测与模拟结果，科学家推测宇宙中星系的实际数量至少在6万亿到20万亿之间。
这个差距来自于宇宙膨胀的历史、引力的作用以及暗物质的存在方式。
宇宙自138亿年前的大爆炸以来，恒星、星系团以及超大质量星系团逐渐形成。在过去的几十亿年间，许多较小的星系相互融合，形成了我们今天熟知的大型星系团。
与此同时，早期宇宙中的星系往往较小、较暗，且更容易受到更大星系的引力吞并。
那么，我们为什么看不到这些星系呢？
这与望远镜的观测极限有关。要探测宇宙最遥远、最暗弱的星系，我们需要满足几个苛刻的条件：
望远镜必须足够大，才能拥有极高的分辨率。
需要能够覆盖所有波长的光线，以捕捉由于宇宙膨胀导致的红移现象。
观测的视野需要极广，能够覆盖整个天空。
观测时间必须足够长，才能探测到微弱的光子信号。
显然，这样的望远镜是现实中无法建造的。即使是目前最先进的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），虽然提升了对红移宇宙的观测能力，但也仅能触及宇宙浩渺深度的一角。
与今天的银河系类似的星系数量众多，但与我们今天看到的星系相比，与银河系类似的年轻星系本质上更小、更蓝、气体更丰富。
科学家们于是转向了宇宙模拟。通过重建宇宙在不同时间尺度下的演化过程，他们发现，小型星系的数量远远超过了早期的估计。
模拟显示，在宇宙形成初期，微小的星系非常普遍，它们在引力作用下逐渐汇聚，形成更大、更明亮的星系。
研究银河系周围的小型星系也支持了这一观点。过去20年间，我们对银河系的理解发生了巨大变化。
本星系群中曾被认为只有50-60个星系，如今我们已经发现了超过110个星系。这些星系体积小、质量低，但依然存在，并以独特的方式围绕银河系运行。
不要低估这些微小星系的影响力。
虽然单个小型星系的恒星数量往往不到10万颗，有些甚至不足1000颗，但它们可能蕴含大量的暗物质。这些星系代表了宇宙早期恒星形成和星系演化的最初阶段，为我们揭示宇宙演化的奥秘提供了关键线索。
当我们仰望星空，看到的只是宇宙的冰山一角。
我们已经探测到的那些巨大、明亮的星系只是整个宇宙的“顶端”，隐藏在黑暗中的，是数量庞大却极其微弱的小型星系。
我们可见的宇宙的大小 (黄色) ，以及如果我们今天离开的话我们可以达到的量 (品红色) ，在光速上旅行。可见宇宙的极限是 461 亿光年，因为这是一个发射光线的物体在远离我们 138 亿年后到达我们这里的距离的极限。
未来，随着望远镜技术的不断发展和观测手段的精进，我们或许能够揭开更多宇宙的秘密。
但在那之前，我们只能通过模拟和推测来了解宇宙的真正规模。
而目前最合理的估计告诉我们，宇宙中存在的星系数量至少在6万亿至20万亿之间，这比我们之前的认知多出了十倍甚至百倍。
宇宙是一个不断让人类感到惊讶的地方，而关于它的探索，才刚刚开始。
好，今天就先这样了～
科学羊🐏 2025/01/06
祝幸福~
「感恩关注，科学羊持续为您带来最好的科普知识」
往期推荐
1光年是多少公里？为什么说1光年是一个令人类绝望的尺度呢？
比恒星多10至10万倍的流浪行星：那些不属于恒星的孤独世界，一片黑暗！
一个再简单不过的数字游戏，为什么让最聪明的数学家们困惑不已？
