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银河系绕室女座超星系团一圈要多久?

银河系以及本星系群中的另外数十个星系都会环绕室女座超星系团中心运动,那么,银河系绕行一周需要多长时间呢?

在宇宙中,一切天体都在运动,具体而言,都在环绕某个引力中心或者说共同质心运动。

以太阳为静止参照系,地球以30公里/秒的速度绕着太阳运动,绕行一周的时间为1年,地球已经转了45亿圈。以银河系中心为静止参照系,太阳以220公里/秒的速度绕着银心运动,绕行一周的时间为2.3亿年,太阳已经转了20圈。

那么,银河系是怎样的情况呢?

星系群是比银河系更大的结构,其引力中心位于银河系和仙女座星系之间,其中的星系都会直接或者间接环绕该中心运动。再往上更大的结构是本超星系团,或称室女座超星系团,因为它的引力中心位于室女座星系团。银河系以及本星系群中的另外数十个星系都会环绕室女座超星系团中心运动,那么,银河系绕行一周需要多长时间呢?

在引力的作用下,本星系群带着银河系环绕本超星系团中心的运动遵循牛顿力学:

上式中,G为万有引力常数,M为本超星系团的总质量,m为本星系群的质量,v为本星系群的绕行速度,r为本星系群与引力中心的距离。

根据测量,本超星系团的总质量约为1.5×10^15倍太阳质量,即1500万亿倍太阳质量,或者3×10^45千克。本超星系团的直径约为1.1亿光年,本星系群位于边缘地带,距离中心大约5500万光年,即5.2×10^23米。本星系群的质量为太阳质量的2万亿倍,但计算用不到。

代入上式,可以计算出本星系群的绕行速度约为620公里/秒。再根据圆周运动规律,可以计算出本星系群绕行一周的时间约为1670亿年,这就是银河系绕着室女座超星系团中心运行一圈的时间。

考虑到宇宙诞生至今才过去138亿年,这意味着银河系至今还没有环绕本超星系团中心公转一周。事实上,这个公转周期只是理想化的计算结果,银河系在未来也不会完成一圈公转。

在宇宙中,星系之间的相对于运动会改变质量分布,大尺度结构会发生变化,所以银河系的绕行轨道不是确定的。

要知道,距离我们大约2亿光年之外有一个异常的引力中心——巨引源,它正在把我们吸引过去。在方圆数亿光年的范围内,几百万个星系的运动都受到了巨引源的影响。未来,巨引源会把我们带向何方还不清楚。事实上,我们就连巨引源是什么都不知道,只知道那里引力存在异常,聚集着大量的质量。

另外,在暗能量的驱使下,宇宙还在持续加速膨胀,这会导致空间中的星系被互相拉开,并且距离越远,分开速度越快。只有像本星系群这样的小尺度结构才能被引力束缚住,而像本超星系团这样的大尺度结构最终会因为空间膨胀而解体,其中的星系各自分散到宇宙中。由于引力的作用,本星系群中的几十个星系将会合并成一个星系,首当其冲的是银河系与仙女座星系。

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