宇宙之謎藏在這10個地方（三）

石無魚

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16.3萬光年的大麥哲倫星云

涉及的謎團

是什么制造了那些巨恒星？

蜘蛛星云是一個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，一個天文學家小組在蜘蛛星云中發現了4顆巨恒星，最大的達到了太陽質量的265倍。這讓他們非常驚訝。因為按傳統的恒星演化理論，150個以上太陽質量的恒星是不存在的。

為什么這樣的恒星不應該存在呢？我們知道，恒星的光是在其內部的核聚變中產生的。它們本來都有很高的能量，在往外逃的過程中，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。光子跟物質作用時，會對物質產生一個壓力，叫“光壓”。你可以把光子想象成一個個小球，當小球撞到墻壁，對墻壁會有壓力，是不是？如果恒星質量很大，內部核聚變非常劇烈，產生的光子能量很高，數量又特別多，它們對恒星外圍大氣產生的壓力將很大，會把外圍大氣吹走，離開恒星。于是，恒星的質量馬上就降下來了。

但現在他們看到的是太陽質量265倍的巨恒星，而且這還不是單例。2017年，另一組天文學家在蜘蛛星云中發現了一大群超級重的恒星。在它們里面，即使是高達200個太陽質量的恒星，似乎也只能算“小老弟”。

無獨有偶。另一項發現也對傳統的恒星演化理論構成挑戰。在智利ALMA射電望遠鏡陣列工作的一個天文學家小組，他們在嬰兒期宇宙的星系中，通過一種方法，也發現了傳統理論預言本不該存在的巨恒星。

這些發現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深遠的影響。

更多、更大的恒星意味著恒星生命結束時會有更多超新星爆發。因為不是所有恒星都能以超新星爆發的形式結束自己的生命的。超新星爆發需要滿足一些條件。超新星爆發的一種機制是恒星內部核聚變停止后，在引力作用下坍塌成中子星或黑洞時發生的。顯然，恒星質量越大，最后越有可能坍塌成中子星或黑洞。天文學家已有證據證明，10億光年之外的超新星SN 2007bi，是由一顆超過200個太陽質量的恒星演化而來的。他們估計，因為更多巨恒星的存在，超新星數量會比現在估計的要多70%。

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

此外，最近天文學家捕捉到第一代恒星發出的光信號。他們發現，信號比他們預期的要強烈得多，這使科學家們大惑不解。但如果這些第一代恒星也是超大號巨恒星的話，那么它們發出的光自然要比普通恒星強了。這樣天文學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6千萬光年的鯨魚座

涉及的謎團

暗物質真的存在嗎？

對宇宙的探討，就像兩軍對壘的一個戰場。宇宙學家為此分成兩派，兩派為一個“是什么阻止了旋轉星系分崩離析”的問題，而陷入了曠日持久的爭論。

1970年代，這場爭論就開始了。當時，天文學家對旋轉星系測量后發現，它們似乎旋轉地太快了，星系內的物質本來應該是留不住的。因為我們知道，旋轉物體如果沒有足夠的向心力，就要飛出去。在一個旋轉星系中，向心力是星系中心的萬有引力提供的，引力大小則取決于星系的質量。天文學家猜測，對于大多數旋轉星系，為了避免分崩離析，大約需要比現在已探測到的多10～100倍的物質。

但這些多余的物質實際上并沒有被直接探測到。解決這一矛盾目前有兩種途徑。最直接的，也是被大多數人接受的解釋是：這些星系中存在一種迄今還很神秘的物質——“暗物質”。暗物質跟普通物質之間有萬有引力作用，所以它們可以為旋轉星系提供額外的向心力。但它們跟普通物質之間沒有電磁力，不會發光，所以我們無法直接觀測到它們。

但也有少數人認為，暗物質是一種錯覺。旋轉星系能保持它們的形狀，是因為我們還沒有正確地理解萬有引力。

怎么？牛頓提出萬有引力定律都幾百年了，難道物理學家還沒把引力研究透嗎？一部分天文學家確實是這樣認為的。比如牛頓萬有引力定律說，引力與距離的平方成反比，但這一點是否正確？也許引力與距離的2.0000000001次方或者1.999999999次方成反比呢？這一點微小的差別，雖然距離近時顯不出效果來，但距離遠了，說不定效果就出來了。為此，一些科學家還提出過很多“修正版”的引力理論。

其實這兩派宇宙學家的主張都很懸。這么多年過去了，既沒發現暗物質粒子，也沒發現引力確實需要修正的地方，兩派誰也不服誰。但今年早些時候發現的一個超稀疏的星系NGC 1052-DF2，似乎使天平不平衡起來。

一般來說，如果有暗物質的話，它們都盤踞在星系的中心區域。它們靠引力吸聚普通物質，使后者的分布也不至于太稀疏。所以，像NGC 1052-DF2這樣超級稀疏的星系，基本上可以肯定星系內部不存在暗物質。有一種情況可以制造出這類星系來，比如一些本含有暗物質的星系團發生劇烈碰撞，會把星系團內的普通物質碰撞出來了，脫離暗物質的控制。這就好比兩車相撞一樣。暗物質車上裝的貨物是普通物質，相撞時，一些貨物脫離車輛，被甩到地上去了。

確實，天文學家發現，超稀疏星系NGC 1052-DF2就是這樣一個脫離了暗物質的旋轉星系。在假設它不含暗物質的情況下，用正常的引力定律計算所得的旋轉速度，跟測量到的速度十分吻合。但如果按另一派宇宙學家的觀點，用修正版的引力理論計算，那就跟測量結果不符了。

既然目前爭論方只有兩派，現在事實對“修正引力”一派不利，那也就證明了主張“存在暗物質”那一派的觀點更合理。所以，雖然NGC 1052-DF2星系本身不含暗物質，但它恰恰成了主張“存在暗物質”那一派的宇宙學家用來反駁另一派宇宙學家的最好證據。

但是，“修正引力”一派后來又把天平扳回來了。他們說，最初計算的時候，有一些情況沒考慮到，比如NGC 1052-DF2星系事實上處于一個更大的橢圓星系中，橢圓星系中的其他物質對它內部的引力也是有影響的;如果考慮到這一點，用“修正”后的引力理論計算，就能跟測量結果保持一致。

于是，兩派又打了一個平手。

但事情總不能老是這樣僵持下去吧，天文學家希望未來能找到更多的超稀疏星系，來驗證兩者的對錯。