宇宙中有多少星星

陳文屏 撰文 2017.06.16

這看似想當然爾的疑問,卻沒有簡單的答案。

如果是問晚上可以「看到」多少星星,由於全天空約有 9,000 顆星亮於裸眼極限的 6.5 星等,所以在完全晴朗、沒有光害的夜晚,在地平線以上肉眼大概可以看到數千顆星星。在光害嚴重的都會,常常只能看到幾十顆最明亮的星星。

我們的銀河系包含了太陽在內約 3 千億(3 × 10¹¹)顆恆星,那麼宇宙中呢?回答這個問題,先要釐清何謂宇宙。目前認為宇宙誕生於 138 億年以前,因此在地球上我們只能看到部分宇宙,更遠的天體發出的光線還沒有到達我們這裡。

那麼在「可觀測的宇宙」(observable universe) 當中總共有多少恆星呢? 目前估計可見的宇宙中包含了千億個星系,有些比銀河系大了數十倍,有些矮星系雖然小,但為數眾多。以星系發出來的光線來估計所包含的恆星數量,推測出可觀測宇宙包含了大約 10²²− 10²⁴顆恆星。

可觀測的宇宙到底有多大?而「整個」宇宙又有多大呢?如果只把 138 億年乘以光速,而得到 138 億光年,這是錯誤的答案。目前理論推測大霹靂之後的 38 萬年,宇宙混沌一片,光線無法跑出來;直到氫原子形成以後,宇宙才開始有光。38 萬年跟 138 億年相比,差別不大,但是以下的效應就有很大的影響了。

由於宇宙處於膨脹狀態,我們現在接收到某個星系發出的光線,那個星系在光穿越這段距離期間,又離我們遠去很多,更何況宇宙正在加速膨脹,造成了觀測與實際更大的差異。利用例如哈伯太空望遠鏡探討宇宙大尺度結構,或是 WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) 衛星測量宇宙微波背景輻射的觀測數據,我們得以估計宇宙目前膨脹的速率以及加速的程度,而推測出宇宙的年齡。

依此估計出可觀測的宇宙大小約為 460 億光年(也就是直徑 920 億光年), 在此之內我們「知道還有事情不知道」,例如暗物質的性質等等。至於在可觀測宇宙之外,則屬於「不知道什麼事情不知道」,純粹只能臆測而無法直接察。 有些推論整個宇宙超過可觀測範圍數百倍,關鍵在於宇宙的形狀,如果空間曲率是正值,有如封閉的球體,那麼宇宙就有一定大小。然而要是曲率為負值,形狀有如馬鞍,或是如目前所觀測曲率接近零,表示宇宙是平的,那麼宇宙就無限大,而我們只觀測到極小的部分。

https://www.space.com/26078-how-many-stars-are-there.html http://www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/how-many-stars-are-there/ http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/10/how-large-is-the-observable-universe/