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距我們5億光年,為已知最大宇宙結構之一——

14億光年長“南極墻”現身,或藏匿大量暗物質

2020-08-07 科技日報 于紫月
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  宇宙是由什么構成的?千百年來科學家一直在尋找答案。行星、恒星、星系等我們都早已熟悉,畢竟我們就生活在“普普通通”的銀河系中。然而,宇宙中還有許多罕見且令人嘆為觀止的結構,比如一堵長達14億光年的“墻”。

  近日,一個由法國巴黎薩克雷大學丹尼爾·波馬雷德等領導的國際研究小組,利用宇宙三維地圖發現了迄今為止最大的宇宙結構之一——“南極墻”。這堵“墻”包含了數十萬個星系,其規??梢耘c迄今發現的宇宙第六大結構——史隆長城相媲美。

  相關研究成果日前發表于《天體物理學》雜志。

  微小的不均勻性“成長”而來

  “類似于‘南極墻’的宇宙大尺度結構,是宇宙中一些密度較高的區域?!敝袊茖W院國家天文臺研究員陳學雷表示,這些區域的星系密度要比其他區域更高,且成絲狀連接結構。這些巨大的結構比我們目前觀測到的最大星系團結構還要大得多?!澳蠘O墻”被發現位于南天的天頂方向。試想一下,一堵長達14億光年的巨大城墻矗立在眼前,是一種何等壯觀的景象。

  像“南極墻”這樣的巨大宇宙結構,雖然罕見卻并非個例。2003年,美國普林斯頓大學的理查·哥特及其同事發現了一個被稱為史隆長城的巨大絲狀結構,長度可達13.7億光年,然而這還不是宇宙中最大的結構。2013年,天文學家在尋找伽馬射線暴時,意外發現了一個巨大的結構,其長度可達100億光年,相當于目前可觀測宇宙半徑的20%,這就是迄今發現的最大宇宙結構——武仙—北冕座長城。

  這些宇宙中的“龐然大物”從何而來?

  “根據目前的觀測,人們推測宇宙早期的分布是比較均勻的,但也有一些微小的不均勻性,被稱為原初擾動?!标悓W雷表示,由于萬有引力,密度較高的區域會產生較強的引力,將周圍物質吸引過來,使該區域密度進一步提升,從而加劇了宇宙的不均勻性,逐漸形成了星系以及更大尺度的結構。

  這些大尺度結構由于引力作用相互吸引、相互聚集而成,引力作用讓它們克服了宇宙的膨脹效應,從而形成了一個松散的結構系統。由于其松散的結構特征,其與周邊物質還存在明顯的相互引力影響??茖W家發現,一些星系遠離地球的速度比預期要快,然而另一些則要慢很多,或許這些宇宙中的“城墻”,正是導致這一現象的“罪魁禍首”。

  有助于研究宇宙演化歷史

  宇宙大尺度結構如此巨大,科學家是如何發現它們的?

  “研究宇宙大尺度結構,首先要通過巡天觀測繪制宇宙的三維地圖,包括使用光學和射電觀測獲得宇宙大尺度結構的數據?!标悓W雷解釋道。

  在理論上,主要是基于普通物質—暗物質—暗能量模型,利用數值模擬來對宇宙大尺度結構進行預測。

  然而此次發現的“南極墻”十分特別,它離我們太近了:只有5億光年的距離。它幾乎與史隆長城一樣長,但卻一直被人們所忽視,這是因為它位于銀河系正后方的黑暗區域,被銀河系發出的明亮光線所遮蔽。研究人員通過對其他星系的紅移和速度進行觀測,發現了其存在的蛛絲馬跡。丹尼爾·波馬雷德表示,這種方法可以讓他們探測到隱藏的質量,這些質量引力影響著星系的運動。

  現代宇宙學表明,宇宙是由暗物質、暗能量主導的,但暗物質究竟是什么,目前我們還一無所知。而如“南極墻”等宇宙大尺度結構中,則很可能藏匿著大量的暗物質。

  宇宙大尺度結構,是研究宇宙演化歷史的重要探針,包括由暗物質主導的結構形成過程,以及暗能量導致的宇宙膨脹?!半m然無法直接看到暗物質,但在宇宙大尺度結構中暗物質與發光物質成正比,所以從理論上來說,暗物質也應該高度密集?!标悓W雷表示。

  顯然,對于“南極墻”的研究既關乎臨近的銀河系,也可能為我們尋找暗物質指路。不過,研究人員承認,他們可能還沒有繪制出完整的“南極墻”,因為這需要在一個更大的尺度上繪制出的宇宙地圖。

打印 責任編輯:侯茜

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