可观测宇宙中星系的主流估计约为2 万亿(2×10¹²)个,这是基于哈勃与韦伯望远镜的深空观测数据,结合宇宙学模型与计算机模拟的综合推算结果。
一、核心数据与关键研究
主流结论:可观测宇宙(直径约930 亿光年)内星系总数约为1.5–2.5 万亿个,常见表述为2 万亿。
里程碑研究:2016 年,英国诺丁汉大学 Christopher Conselice 团队基于哈勃超深空场(HUDF)数据,结合宇宙演化模型推算,将此前约2000 亿的估值提升至约2 万亿(约为原估值的 10 倍)。
最新验证:詹姆斯・韦伯太空望远镜(JWST)的超深场观测进一步确认了这一数量级,其更高的灵敏度探测到更多极遥远、极暗弱的星系,支持了 “大量小质量、低亮度星系未被早期观测完全覆盖” 的结论。
二、数量是如何估算的
观测基础:
望远镜对极小天区(如哈勃超深空场约占全天空的1/1300 万)进行长时间曝光,计数可见星系。
结合星系光度函数与质量函数,推算不同亮度、质量星系的分布规律。
理论外推:
利用宇宙学原理(大尺度均匀各向同性),将小区域计数扩展至全天空。
通过计算机模拟补全观测灵敏度极限以下的暗弱星系(约占总数90%)。
关键限制:
实际已 “识别” 的星系仅约5000 万个,不足总数的0.03%。
遥远星系的光红移显著,部分极早期星系可能超出当前观测能力。
三、重要区分:可观测宇宙 vs 整个宇宙
可观测宇宙:以地球为中心、因果信号可达的范围(约930 亿光年直径),星系总数约2 万亿。
整个宇宙:
若宇宙平坦且无限,星系总数理论上为无限。
若基于某些宇宙学模型推测可观测宇宙仅占整体的约1/251,则整体可能达500 万亿个,但这属于高度推测性结论,缺乏直接观测证据。
四、星系数量的演化特征
宇宙早期(大爆炸后约10 亿年)的星系密度更高,同体积内星系数量约为现今的10 倍。
随着宇宙膨胀与星系合并,小星系不断并入大星系,导致单位体积内的星系数量逐渐减少。
五、不确定性与补充说明
误差范围:主流估计的置信区间约为1.5–2.5 万亿,受观测深度、星系演化模型与暗物质分布假设影响。
星系定义边界:极暗弱、极小质量的 “矮星系” 是否计入,会影响总数统计(部分模型认为可能存在更多未被完全纳入的矮星系)。
观测挑战:
尘埃遮挡、前景星系引力透镜效应可能导致计数偏差。
极遥远星系的红移使其辐射能量转移至红外波段,需 JWST 等红外望远镜进行有效探测。
总结
我们能观测与推算的宇宙范围内,星系总数约为2 万亿,这一数量远超人类直观想象。而整个宇宙的星系总数,因宇宙整体大小与结构尚未完全确定,目前仍无法给出确切答案。
