十万光年的银河系并不算出众：揭秘宇宙中的巨无霸

仅仅一百年前，人类还认为银河系覆盖了大半个宇宙。而现在我们知道，银河系在宇宙中挺普通的，虽然银河系的最长轴超过十万光年：这是已经是一个超出直觉可以理解的距离了，它相当于地球与太阳距离的数十亿倍。然而，如果我们将银河系与宇宙中最大的星系进行比较就会发现，银河系不仅没有什么特别之处，甚至与最大的星系不在同一个级别。最大的星系到底有多大？即使把范围局限于已经发现的星系，而不是理论上可能存在的星系，人类目前所发现的星系也确实非常巨大。

与太阳系相比，星系的尺度要大得多。

距离对数图，显示了行星、旅行者号航天器、奥尔特云和离我们最近的恒星：比邻星。太阳直径可能是地球直径的 109 倍，但地球与太阳之间的距离比太阳直径大 100 多倍；到旅行者 1 号或 2 号的距离比地球与太阳之间的距离大 ~100 倍；奥尔特云的密度峰值比旅行者 2 号远 ~100 倍，到最近恒星的距离甚至比这还要远 ~100 倍。

来源：NASA/JPL-Caltech

已知最小的星系Segue 2总共仅包含约 1000 颗恒星。

最小的矮星系（如 Segue 1、2 和 3）中只有大约 1000 颗恒星。从引力角度来看，这些星系的质量估计约为 550,000-600,000 个太阳。组成矮卫星 Segue 1 的恒星被圈了出来。这些星系具备已知的最大暗物质与正常物质比率。

图源：Marla Geha/凯克天文台

甚至这些矮星也延伸数百光年：比最大的恒星还要大数十亿倍。

这幅图展示了宇宙中一些最大的恒星，以及土星（棕色椭圆）和海王星（蓝色椭圆）的轨道，从左到右，恒星分别是最大的蓝超巨星、黄超巨星、橙超巨星，然后是最大的两颗恒星：红超巨星 UY Scuti 和 Stephenson 2-18。最大的恒星直径约为太阳的 2000 倍，恒星表面的温度从几千 K 一直到沃尔夫-拉叶星，其温度约为 200000 K。

图源：SkyFlubbler/Wikimedia Commons

星系可以达到巨大的尺寸，但是对它们的描述经常很不准确。

一张常见的图片（错误地）显示了多个星系的相对大小。仙女座星系对于银河系来说太大；M87 对于仙女座星系来说太小；IC 1101 与 M87 相比太小了。在理解距离尺度时，不要分享误导性的图像至关重要。

图源：Astro Bob/Bob King

银河系直径超过100000光年，类似的星系很多。

银河系双胞胎类似物

螺旋星系 UGC 12158 拥有臂、棒和马刺，恒星形成速度低且安静，中央有凸起，可能是迄今为止发现的与银河系最相似的星系。它既不与附近的任何邻近星系发生引力相互作用，也不与它们合并，因此内部发生的恒星形成主要由星系盘中螺旋臂内的密度波驱动。

来源：ESA/哈勃和 NASA

仙女座星系的直径大约是我们星系的两倍：220000 光年。

仙女座星系 (M31)，由地面望远镜通过多重滤光片拍摄，重建后显示为彩色图像。与银河系相比，仙女座星系的面积明显更大，直径约为 220000 光年：相当于银河系大小的两倍。如果将银河系叠加在仙女座星系之上，其恒星盘的末端大致位于仙女座星系尘埃带最暗的位置。

图源：Adam Evans/flickr

受到相互作用影响的星系会遭遇潮汐破坏，从而大大增加其范围。

蝌蚪星系仅 其尾巴就长达28万光年。

图中显示的蝌蚪星系有一条巨大的尾巴：潮汐相互作用的证据。从一个星系中剥离出来的气体被拉伸成一条细长的线，在自身重力的作用下收缩形成恒星。星系元素本身与银河系的规模相当，但仅潮汐流就长达约 280000 光年：是我们银河系估计大小的两倍多。

图源：NASA、H. Ford（JHU）、G. Illingsworth（USCS/LO）

M. Clampin（STScI）、G. Hartig（STScI）、ACS 科学团队和 ESA

UGC 2885受到严重破坏，是已知最大的螺旋星系，范围达 832000 光年。

这个星系，即 UGC 2885，也被称为鲁宾星系，是迄今为止发现的最大的螺旋星系，其恒星数量约为银河系的 10 倍。UGC 2885 受到严重的引力干扰。它的直径估计为 832000 光年，可以说是已知最大的螺旋星系，尽管它的潮汐臂和扭曲形状在宇宙时间尺度上可能只是暂时的。

来源：NASA、ESA 和 B. Holwerda（路易斯维尔大学）

椭圆星系是所有星系中最大的。

图中所示的巨型椭圆星系 NGC 584 于 1785 年被发现和记录，距离我们约 6200 万光年。尽管直到 20 世纪 20 年代才知道它是河外天体，但它曾一度是已知和记录的最远天体，直到几个月后 NGC 1 被发现。

图源：斯隆数字巡天

广阔的星空视野，无数星系和明亮的光点散布在黑暗的背景上。

图中显示的马卡良链代表了室女座星系团中发现的大型星系排列。室女座星系团中有大约 1000 个大型星系，其中很大一部分是在 18 世纪发现的。室女座星系团距离我们的银河系约 5000-6000 万光年，是极近宇宙中最大的星系聚集地，包含许多巨型椭圆星系。

图源：Nielander/Wikimedia Commons

室女座超星系团中最大的星系梅西耶 87跨度 980000 光年。

M87 星系距地球约 5500 万光年，包含一个巨大的相对论性喷流，以及在射电和 X 射线中均可见的喷流。这张光学图像展示了一股喷流；我们现在从事件视界望远镜得知，黑洞的旋转轴指向远离地球的方向，倾斜约 17 度。

图源：ESO

后发座星系团中最大的星系团 NGC 4889直径达 130万光年。

后发座星系团中心有两个明亮的大星系，NGC 4889（左）和稍小的 NGC 4874（右），每个星系的大小都超过一百万光年。但边缘的星系如此快速地旋转，表明整个星系团中存在一个巨大的暗物质晕。仅凭正常物质的质量不足以解释这种束缚结构。

来源：NASA / JPL-Caltech / L. Jenkins (GSFC)

同时，凤凰星系团最亮的中心星系跨度为220万光年。

双面板图像：左侧显示带有等高线的热图，按信噪比进行颜色编码。

右侧描绘了星空，其中等高线以天体坐标进行标记。

凤凰星系团中最亮的星系团，左侧为南极望远镜拍摄的照片，右侧为 Blanco/MOSAIC-II 光学/红外图像拍摄的照片，是所有星系中最大的星系之一，它仍然以银河系数百倍的速度快速形成恒星。

图源：R. Williamson 等人，《天体物理学杂志》，2011 年

但最大的星系是哪个呢？它就是 IC 1101。

巨型星系团 Abell 2029 的核心是星系 IC 1101。该星系团横跨 550 万光年，拥有超过 100 万亿颗恒星，质量接近千万亿个太阳，是已知最大的星系。尽管这个星系团巨大而令人印象深刻，但不幸的是，由于其有限的年龄和暗能量的存在，宇宙很难形成更大的星系。

来源：NASA/数字化巡天2号

其一半光芒集中在中心200万光年的半径内。

颗粒状天文图像显示中央细长的星系被彩色噪声图案包围。刻度指示器读数为 7 弧分。

这幅图显示了覆盖在 Abell 2029 星系团上的引力透镜图。在 Abell 2029 星系团的中心，可以看到宇宙中已知的最大星系 IC 1101。虽然它的半光半径（即一半到达的光线来自的半径）约为 200 万光年，但该星系的完整可见直径在 550 万至 600 万光年之间。

图源：J. McCleary、I. dell'Antonio 和 A. von der Linden，

《天体物理学杂志》，2020 年

它的跨度足有550万光年：比银河系所在的星系群的面积还要大。

我们的本星系群以仙女座星系和银河系为主，但关于哪个星系在引力方面占主导地位存在争议。虽然仙女座星系似乎在物理范围上更大，拥有更多的恒星，但它的质量可能比我们小。如果将 IC 1101 星系显示在我们本星系群旁边，它的大小将与这张图片的完整范围相当。

来源：Andrew Z. Colvin/Wikimedia Commons

展示星系的真实相对大小突显了我们宇宙的多样性。

从最小到最大的星系合成图，显示（近似）实际大小。Abell 2029 星系团中心的巨型椭圆星系 IC 1101 是宇宙中已知的最大星系，至少从恒星范围来看是如此。它比银河系或仙女座星系（或任何螺旋星系）大得多，但也比其他典型的巨型椭圆星系高出许多。

来源：E. Siegel

巨大的星系团

这张地图显示了哈勃拍摄的埃尔戈多星系团，上面覆盖着一张质量图。该星系团的质量是通过弱引力透镜效应和强引力透镜效应的结合推断出来的，而其他互补研究表明，该星系团是两个较小星系团的合并。总而言之，埃尔戈多星系团中的物质质量相当于 2.1 到 3.0 千万亿（10^15）个太阳质量。

图源：NASA、ESA、哈勃和 J. Jee（加州大学戴维斯分校）

大尺度的宇宙特征则远远超过这个尺度。

斯隆长城

斯隆长城是宇宙中最大的结构之一，虽然可能只是暂时的，但其直径约为 13.7 亿光年。它可能只是多个超星系团偶然排列而成，但绝对不是一个单一的、受引力束缚的结构，因为暗能量正在将其分开。斯隆长城的星系如右图所示。

图源：Willem Schaap (L)；巴勃罗·卡洛斯·布达西（右）/维基共享资源

参考文献：

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/how-large-biggest-galaxy-universe/