比银河系大20倍的原子气体结构,究竟是怎么一回事?

据新华社消息，科学家日前利用“中国天眼”FAST对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行了成像观测，发现了1个尺度大约为2百万光年的巨大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。这是迄今为止

正文摘要:

据新华社消息，科学家日前利用“中国天眼”FAST对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行了成像观测，发现了1个尺度大约为2百万光年的巨大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。这是迄今为止在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。徐聪说，“中国天眼”能够探测到远离星系中心的极其稀薄的弥散原子气体所发出的暗弱辐射，为研究宇宙中天体的起源打开了一个崭新的窗口。徐聪说，这项观测成果也预示着，宇宙中可能存在更多这样大尺度的低密度原子气体结构。比银河系大20倍的原子气体结构究竟是怎么一回事，跟随小编一起看看吧。

据新华社消息，科学家日前利用“中国天眼”FAST对致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区的氢原子气体进行了成像观测，发现了1个尺度大约为2百万光年的巨大原子气体结构，尺度比银河系大20倍。这是迄今为止在宇宙中探测到的最大的原子气体结构。

该研究由中国科学院国家天文台研究员徐聪领导的国际团队完成，相关成果19日在国际学术期刊《自然》在线发表。

“这一发现得益于‘中国天眼’超高灵敏度带来的前所未有的极端暗弱天体探测能力。”徐聪说，“中国天眼”能够探测到远离星系中心的极其稀薄的弥散原子气体所发出的暗弱辐射，为研究宇宙中天体的起源打开了一个崭新的窗口。

据介绍，宇宙中所有天体的起源都离不开原子气体，例如，星系的主要演化过程就是不断从宇宙空间吸收原子气体然后将其转化为恒星的过程。观测宇宙中的气体是天体物理领域一个非常重要的研究课题。

“斯蒂芬五重星系”自1877年被发现以来，一直是天文学领域最受关注的星系群。这项最新发现表明，在远离该星系群中心的外围空间，存在大尺度的低密度原子气体结构。这些气体结构的形成很可能与“斯蒂芬五重星系”早期形成时，星系间相互作用的历史有关，已经存在了大约10亿年。

“这项发现对研究星系及其气体在宇宙中的演化提出了挑战，因为现有理论很难解释为什么在如此漫长的时间里，这些稀薄的原子气体仍没有被宇宙空间中的紫外背景辐射电离。”徐聪说，这项观测成果也预示着，宇宙中可能存在更多这样大尺度的低密度原子气体结构。（张泉、陈佳伟）

编辑 许腾飞

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直径930亿光年的宇宙中有多少个原子？数字有点大，一排写不下

我们在日常生活中能够看到的东西，基本上都是由同一个级别的基本粒子组成的，那就是原子。或者用专业术语来说，原子是构成一般物质的最小单位。小到铁丝、米粒，大到行星、 恒星，细分下来都是原子（或者说是以原子代表的元素）。

原子是保持物质化学性质的最小微粒，包含着核外电子和原子核，原子核内又分为质子和中子。质子的数量，决定了这个原子属于哪种元素。原子内部的质子和电子数是相等的，如果额外得失电子，就会变为离子；又或者与其他原子的电子形成共价键，结合为分子。但本质上，这些元素仍然有着自己独特的性质，也可以看作是不同形式的“原子”。

除了在实验室内，我们是不可能将物质分割成原子的，因为它太小了，通常半径在10^-10米的尺度内。

确实很神奇！如此小的粒子，最终组成了我们这个巨大的宇宙。科学家研究表明：可观测宇宙的直径达到了930亿光年，而1光年相当于大约9.46万亿千米。二者之间尺度的差距，令人瞠目。

那么，整个宇宙之中，一共包含着多少原子呢？

显然，我们不可能仅仅通过这两个尺寸来进行计算，因为宇宙中绝大部分空间是高度真空的。因此，进行这样的计算，其实还挺复杂的。

不用想也知道，这一定是个天文数字。要知道，仅仅是一个人的体内，就有7×10^27个原子，也就是7亿亿亿个原子。和宇宙相比，一个人可以说是渺小得几乎可以忽略。所以，宇宙中的原子数量，一定远远超过人们的想象。

那么，我们该如何推测宇宙中的原子数量呢？

首先我们要知道，宇宙中的物质是不是恒定的。爱因斯坦告诉我们，物质和能量是可以相互转化的。这意味着，在宇宙的某个角落，物质的数量是会涨落的。不过，当我们将空间尺度扩大到整个宇宙、时间尺度扩大到宇宙138亿年的历史范围时，就可以假设宇宙内物质的总量是基本平衡的。

为了方便计算，我们需要作一个假设，那就是宇宙中的原子都存在于恒星之中。诚然，恒星周围还有行星、卫星，但宇宙中到底有多少小天体，科学家们也不知道。而且，行星和卫星普遍比恒星小得多，比如在太阳系，99.86%的质量都集中于太阳，也就是绝大部分物质都在太阳体内。所以在这里，我们只能暂且忽略行星和卫星了。

除此之外，我们还需要另一个假设，那就是宇宙中的原子都是氢原子。这也可能让你感到难以理解，但实际情况是，根据美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的一项研究，宇宙中大约有90%的原子都是氢原子。我们观测到的恒星中，氢原子的丰度甚至比这还要高。原子种类决定了质量，这也是我们简化计算的一个方法。

有了这些简化的假设，推测宇宙中原子的数量，就相对简单一些了。这个问题的本质，就变成了宇宙中的恒星有多重。这个问题又分为两部分，那就是宇宙中有多少恒星，以及每一颗恒星有多重。

根据欧洲航天局此前的研究，可观测宇宙中有1000-10000亿个星系（甚至还有人推测宇宙中有20000亿个星系），每一个星系中又有1000-10000亿颗恒星（银河系恒星数量在1000-4000亿之间，是比较大的星系）。那么，整个宇宙中大约有100万亿亿到1亿亿亿颗恒星。我们在数量级方面折中，假设宇宙中有1000万亿颗恒星。

那么，宇宙中恒星的质量是多少呢？

根据此前发表于《科学》杂志上的一份研究报告，研究人员认为，宇宙中恒星的平均质量为10^32公斤，也就是1000亿亿亿吨（我们的太阳质量约等于2000亿亿亿吨）。

这样算下来，宇宙中物质的总质量大约就是10^55千克。

有了这个数据，我们只要知道氢原子的质量，就可以推测出宇宙中原子的数量了。

根据美国国家粒子物理实验室费米实验室的一项数据，平均每克物质中，大约有10^24个质子。对于氢原子来说，它只有一个质子和一个电子，而且电子的质量远远小于质子的质量。因此这里我们忽略电子的质量，那么就可以认为每克物质相当于拥有10^24个氢原子。

答案出来了：在直径930亿光年的可观测宇宙中，大约有10^82个原子。如果说得直白一点，大概就是这个数——

数字太大，一排都写不下……

需要说明的是，原子构成的物质，并不是宇宙的全部。要知道，根据目前的研究，可见物质的总质能仅仅占了宇宙的4.9%，其余的26.8%和68.3%则被暗物质和暗能量所占据，它们并不是由原子构成的。也就是说，即使是如此多的原子，也仅仅占了可观测宇宙中很小的一部分。

这还不算上不可观测宇宙，它要比我们的可观测宇宙要大得多。至于那里有多少原子，恐怕我们永远也无法得知了。