宇宙最大的结构，正在4亿光年外旋转
环球科学约 3 分钟旋转纤维状结构的艺术想象图。边注：制图：罗恩·米勒（Ron Miller）
撰文 | 温贝托·巴西利奥（Humberto Basilio）
翻译 | 巢栩嘉
当英国牛津大学天文学家郑徐英（Lyla Jung，音译）第一次在屏幕上看到这个宇宙结构时，她几乎不敢相信这是真实的景象。但事实的确如此，郑徐英和同事随后确认了该结构，这是人类迄今发现的最大规模结构之一：在一条距地球4亿光年的旋转宇宙纤维结构中，嵌着一条星系组成的“链条”。
这项研究成果发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。郑徐英表示，该研究有望为天文学家理解星系的形成、演化与多样性提供全新视角。
星系在宇宙中的分布既不随机也不均匀，而是通过名为“纤维状结构”的巨型网络彼此相连，并与暗物质一起横跨浩瀚空间。这些纤维状结构，连同几乎不含物质的空洞以及包含数十万个星系的星系团，共同构成了天文学家所说的宇宙网。
纤维状结构是物质流动的主要通道，为星系和星系团持续输送养分。上海天文台天文学家王鹏（并未参与这项研究）说：“通过研究这些纤维状结构，我们能更深入地了解大尺度结构的形成方式，以及星系如何产生自转。”
2021年，王鹏和同事就曾根据计算和卫星图像指出，一些宇宙纤维似乎正在旋转。而本文的新研究则对其中某一条纤维进行了深入观测。借助南非狐獴射电望远镜（MeerKAT）测绘邻近星系冷氢气分布的数据，郑徐英团队发现，有14个富含氢的星系排列成一条细长的结构，全长550万光年。该结构嵌套在一个长达5000万光年的纤维结构中，其中包含超过280个星系。
研究人员观察到，南非狐獴射电望远镜探测到的许多独立星系都在自转。令他们惊讶的是，整个纤维状结构，包括其中余下的所有星系，似乎也在以大约每秒110千米的速度同步旋转。天文学家从没观测到过这种现象。“当时我开始怀疑，这到底是真实存在的，还是数据分析出错了。”郑徐英回忆。
王鹏补充道，探测到这一现象“极为难得”，因为观测信号非常微弱，而且视线方向上重叠的天体很容易干扰结果——除非进行极其严谨的数据采集与建模。
在后续分析中，郑徐英和团队发现，这条纤维状结构可能正在吸收更多物质。郑徐英指出，其中许多星系似乎仍处于早期演化阶段，因为它们富含氢气，可用于形成新恒星。
测量星系旋转是证明暗物质存在最有力的证据之一。德国波茨坦莱布尼茨天体物理研究所（Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam）的天文学家诺姆·利伯斯金德（Noam Libeskind，并未参与这项研究）表示，研究纤维状结构的旋转也可能反映其中暗物质的含量。他表示指出，通过揭示宇宙中有多少物质存在于这些纤维状结构中，该研究及未来同类研究为“测量宇宙暗物质含量开辟了新途径”。
本文选自《环球科学》3月刊“前沿”栏目。
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