14亿光年长“南极墙”现身，或藏匿大量暗物质

科技日报 2020-08-09 作者：于紫月

　　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。

责任编辑：杨茗

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