Så här vet vi att det finns två biljoner galaxer i universum

När du tittar upp på natthimlen, genom stjärnornas slöja och Vintergatans plan i närheten, kan du inte låta bli att känna dig liten före universums stora avgrund som ligger bortom. Även om nästan alla är osynliga för våra ögon, innehåller vårt observerbara universum, som sträcker sig tiotals miljarder ljusår i alla riktningar, ett fantastiskt stort antal galaxer i det.,

hur många galaxer som finns där ute brukade vara ett mysterium, med uppskattningar som stiger från tusentals till miljoner till miljarder, allt som teleskoptekniken förbättrades. Om vi gjorde den enklaste uppskattningen med dagens bästa teknik, skulle vi säga att det finns 170 miljarder galaxer i vårt universum. Men vi vet mer än så, och vår moderna uppskattning är ännu större: två biljoner galaxer. Så här kom vi dit.

i en idealisk värld skulle vi helt enkelt räkna dem alla. Vi skulle rikta våra teleskop mot himlen, täcka hela saken, samla alla foton som emitteras vår väg, och upptäcka varje objekt som var ute, oavsett hur svag., Med godtyckligt bra teknik och en oändlig mängd resurser skulle vi helt enkelt mäta allt i universum, och det skulle lära oss hur många galaxer som finns där ute.

men i praktiken fungerar det inte. Våra teleskop är begränsade i storlek, vilket i sin tur begränsar hur många fotoner de kan samla in och de resolutioner de kan uppnå. Det finns en avvägning mellan hur svag ett objekt du kan se och hur mycket av himlen du kan ta in på en gång. En del av universum skyms av intervenerande Materia., Och ju mer avlägsna ett objekt är, desto svagare det verkar; någon gång är en källa tillräckligt långt borta att även observera i ett sekel inte kommer att avslöja en sådan galax.

Så vad vi kan göra är istället att se en klar del av universum utan att ingripa Materia, stjärnor eller galaxer så djupt som möjligt. Ju längre du stirrar på en enda patch av himlen, desto mer ljus du samlar in och ju mer du kommer att avslöja om det. Vi gjorde detta först i mitten av 1990-talet med Rymdteleskopet Hubble, som pekade på en fläck av himlen som var känd för att ha praktiskt taget ingenting i den, och att helt enkelt sitta på den platsen och låta universum avslöja vad som var närvarande.,

det var en av de mest riskfyllda strategierna genom tiderna., Om det misslyckades skulle det ha varit ett slöseri med över en vecka med att observera tid på det nykorrigerade Hubble-rymdteleskopet, det mest eftertraktade observatoriet att ta data med. Men om det lyckades lovade det att avslöja en glimt av universum på ett sätt som vi aldrig sett tidigare.

Vi samlade in data för hundratals banor, över en mängd olika våglängder, i hopp om att avslöja galaxer som var svagare, mer avlägsna och svårare att se än vad vi hade upptäckt tidigare. Vi hoppades att lära oss hur det Ultra-avlägsna universum verkligen såg ut., Och när den första bilden äntligen bearbetades och släpptes, fick vi en uppfattning som inte liknar någon annan.

överallt såg vi, i alla riktningar, det fanns galaxer. Inte bara några, utan tusentals av dem., Universum var inte tomt och det var inte mörkt; det var fullt av ljusavgivande källor. Såvitt vi kunde se, var stjärnor och galaxer klumpade och klustrade överallt.

men det fanns andra gränser. De mest avlägsna galaxerna fångas upp i universums expansion och orsakar avlägsna galaxer att rödförskjutning förbi den punkt där våra optiska och nära infraröda teleskop (som Hubble) kunde upptäcka dem. Ändliga storlekar och observationstider innebar att endast galaxerna över en viss ljusstyrka tröskel kunde ses., Och mycket små, lågmassiga galaxer, som Segue 3 i vår egen bakgård, skulle vara alldeles för svaga och små för att lösa.

Så vi kunde driva förbi våra tekniska gränser från den mitten av 1990-talet bilden, men ändå kunde vi aldrig få alla galaxer. Det bästa försöket vi någonsin gjort var Hubble eXtreme Deep Field (XDF), som representerade en kompositbild av ultraviolett, optisk och infraröd data. Genom att observera bara en liten lapp av himlen så liten skulle det ta 32 miljoner av dem att täcka alla möjliga riktningar vi kunde se, samlade vi totalt 23 dagar till ett värde av data.,

genom att lägga ihop allt i en enda bild avslöjades något som aldrig tidigare skådats: totalt cirka 5 500 galaxer. Detta representerade den högsta tätheten av galaxer som någonsin observerats genom en smal, blyertsliknande stråle i rymden.

Du kanske tror därför att vi kan uppskatta antalet galaxer i Universum genom att ta antalet observerade vi i denna bild och multiplicera det med antalet av sådana bilder det skulle ta att täcka hela himlen.,

faktum är att du kan få ett spektakulärt nummer genom att göra det: 5500 multiplicerat med 32 miljoner kommer ut till en otrolig 176 miljarder galaxer.

men det är inte en uppskattning; det är en lägre gräns. Ingenstans i den uppskattningen dyker de alltför-svaga, för-små eller för-nära-till-en annan galaxer upp. Ingenstans syns galaxerna som skyms av den neutrala gasen och stoftet, och inte heller galaxerna som ligger bortom Hubbles rödförskjutning. Likväl, precis som dessa galaxer finns i närheten, borde de också existera i det unga, avlägsna universum.,

den stora ingrediensen som vi behöver för att komma fram till en sann uppskattning är då hur strukturen exakt bildas i universum., Om vi kan köra en simulering som börjar med:

• ingredienserna som utgör universum,
• rätt initiala förhållanden som speglar vår verklighet,
• och de korrekta fysiklagarna som beskriver naturen,

Vi kan simulera hur ett sådant universum utvecklas. Vi kan simulera när stjärnor bildas, när gravitationen drar materia i tillräckligt stora samlingar för att skapa galaxer och jämföra vad våra simuleringar förutspår med universum, både nära och långt, som vi faktiskt observerar.,

kanske överraskande finns det fler galaxer i det tidiga universum än det finns idag. Men inte överraskande är de mindre, mindre massiva och är avsedda att slå samman i de gamla spiralerna och elliptikalerna som dominerar universum vi bor för närvarande. Simuleringarna som matchar bäst med verkligheten innehåller mörk materia, mörk energi och små fröfluktuationer som med tiden kommer att växa till stjärnor, galaxer och galaxhopar.,

mest anmärkningsvärt, när vi tittar på de simuleringar som matchar de observerade data bäst, kan vi extrahera, baserat på vår mest avancerade förståelse, vilka klumpar av struktur bör likställas med en galax inom vårt universum.

När vi gör exakt det får vi ett tal som inte är en lägre gräns, utan snarare en uppskattning för det sanna antalet galaxer som finns i vårt observerbara universum. Det anmärkningsvärda svaret?

Från och med idag bör två biljoner galaxer existera inom vårt observerbara universum.

ändå är det numret så anmärkningsvärt annorlunda än den undre gränsskattning vi kom fram till från Hubble eXtreme Deep Field-bilden., Två biljoner mot 176 miljarder innebär att mer än 90% av galaxerna i vårt universum är bortom detekteringsförmågan hos även mänsklighetens största observatorium, även om vi letar efter nästan en månad i taget.

med tiden sammanfogade galaxer och växte, men små, svaga galaxer kvarstår fortfarande idag. Även i vår egen lokala grupp upptäcker vi fortfarande galaxer som innehåller bara tusentals stjärnor,och antalet galaxer vi känner till har ökat till mer än 70., De svagaste, minsta, mest avlägsna galaxerna av alla fortsätter att gå oupptäckta, men vi vet att de måste vara där. För första gången kan vi vetenskapligt uppskatta hur många galaxer som finns där ute i universum.

nästa steg i det stora kosmiska pusslet är att hitta och karakterisera så många av dem som möjligt och förstå hur universum växte upp. Ledda av James Webb Space Telescope och nästa generation av markbaserade observatorier, inklusive LSST, GMT och ELT, är vi redo att avslöja det hittills osynliga universum som aldrig tidigare.