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科研家发现巨大宇宙结构“南极墙”“庞然大物”从何而来?

时间:2020-08-14作者:文档来源:法规科


发布时间:2020-08-07 09:07:58     来源:科技日报

责任编辑:caobo

宇宙是由什么构成的?千百年来科学家一直在寻找答案。行星、恒星、星系等我们都早已熟悉,毕竟我们就生活在“普普通通”的银河系中。然而,宇宙中还有许多罕见且令人叹为观止的结构,比如一堵长达14亿光年的“墙”。

近日,一个由法国巴黎萨克雷大学丹尼尔·波马雷德等领导的国际研究小组,利用宇宙三维地图发现了迄今为止最大的宇宙结构之一——“南极墙”。这堵“墙”包含了数十万个星系,其规模可以与迄今发现的宇宙第六大结构——史隆长城相媲美。

相关研究成果日前发表于《天体物理学》杂志。微小的不均匀性“成长”而来“类似于‘南极墙’的宇宙大尺度结构,是宇宙中一些密度较高的区域。”中国科学院国家天文台研究员陈学雷表示,这些区域的星系密度要比其他区域更高,且成丝状连接结构。这些巨大的结构比我们目前观测到的最大星系团结构还要大得多。“南极墙”被发现位于南天的天顶方向。试想一下,一堵长达14亿光年的巨大城墙矗立在眼前,是一种何等壮观的景象。像“南极墙”这样的巨大宇宙结构,虽然罕见却并非个例。2003年,美国普林斯顿大学的理查·哥特及其同事发现了一个被称为史隆长城的巨大丝状结构,长度可达13.7亿光年,然而这还不是宇宙中最大的结构。2013年,天文学家在寻找伽马射线暴时,意外发现了一个巨大的结构,其长度可达100亿光年,相当于目前可观测宇宙半径的20%,这就是迄今发现的最大宇宙结构——武仙—北冕座长城。

这些宇宙中的“庞然大物”从何而来?

“根据目前的观测,人们推测宇宙早期的分布是比较均匀的,但也有一些微小的不均匀性,被称为原初扰动。”陈学雷表示,由于万有引力,密度较高的区域会产生较强的引力,将周围物质吸引过来,使该区域密度进一步提升,从而加剧了宇宙的不均匀性,逐渐形成了星系以及更大尺度的结构。

这些大尺度结构由于引力作用相互吸引、相互聚集而成,引力作用让它们克服了宇宙的膨胀效应,从而形成了一个松散的结构系统。由于其松散的结构特征,其与周边物质还存在明显的相互引力影响。科学家发现,一些星系远离地球的速度比预期要快,然而另一些则要慢很多,或许这些宇宙中的“城墙”,正是导致这一现象的“罪魁祸首”。

有助于研究宇宙演化历史

宇宙大尺度结构如此巨大,科学家是如何发现它们的?

“研究宇宙大尺度结构,首先要通过巡天观测绘制宇宙的三维地图,包括使用光学和射电观测获得宇宙大尺度结构的数据。”陈学雷解释道。

在理论上,主要是基于普通物质—暗物质—暗能量模型,利用数值模拟来对宇宙大尺度结构进行预测。

然而此次发现的“南极墙”十分特别,它离我们太近了:只有5亿光年的距离。它几乎与史隆长城一样长,但却一直被人们所忽视,这是因为它位于银河系正后方的黑暗区域,被银河系发出的明亮光线所遮蔽。研究人员通过对其他星系的红移和速度进行观测,发现了其存在的蛛丝马迹。丹尼尔·波马雷德表示,这种方法可以让他们探测到隐藏的质量,这些质量引力影响着星系的运动。

现代宇宙学表明,宇宙是由暗物质、暗能量主导的,但暗物质究竟是什么,目前我们还一无所知。而如“南极墙”等宇宙大尺度结构中,则很可能藏匿着大量的暗物质。宇宙大尺度结构,是研究宇宙演化历史的重要探针,包括由暗物质主导的结构形成过程,以及暗能量导致的宇宙膨胀。“虽然无法直接看到暗物质,但在宇宙大尺度结构中暗物质与发光物质成正比,所以从理论上来说,暗物质也应该高度密集。”陈学雷表示。

显然,对于“南极墙”的研究既关乎临近的银河系,也可能为我们寻找暗物质指路。不过,研究人员承认,他们可能还没有绘制出完整的“南极墙”,因为这需要在一个更大的尺度上绘制出的宇宙地图。

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