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規模龐大的宇宙網,猶如星際中的「高速公路」,規劃星系間的執行

2024-08-10科學

浩瀚宇宙沒有盡頭,可在人類看來,宇宙裏星系的執行是有特定規律的,把這些星系聚攏規劃起來的,就被稱作宇宙網。

宇宙網被視作構成可觀測宇宙頂層結構的龐大系統,是由星系、星系團以及連線它們的纖維構成的,能跨越幾百億光年,然而卻是人類瞧不見的。

2009 年的時候,天文學家在宇宙裏找出了一個不為人知的星系團,這個星系團特別大。在對其展開研究以後,天文學家察覺到了一個規律。

這說的是星系的構成規律,據美國國家航空暨太空總署太空網講,宇宙存在基本的「骨架」,星系的形成被一只看不見的大手給安排了。

法國天文學家羅德裏戈·伊巴塔贊成這種說法,他覺得用大型天文望遠鏡觀測宇宙,眼前就會呈現出一張宇宙網。

這張網並非那種廣義層面上像網似的東西,而是依照星系的形成推想出來的。伊巴塔覺得這種看不到的無形之網是「絲狀或者卷須狀」的,靠人類瞧不見的暗物質維系著。

暗物質沒法讓肉眼直接瞅見,有的暗物質連儀器都探測不了,它既不發亮,也不反光,不過研究結果表明,暗物質肯定是存在的,並且科學家覺得宇宙中 85%的品質都屬於暗物質。

暗物質分布不均勻,這給重力打下了基礎,塑造出宇宙網的骨架,而且隨著時間慢慢過去,變成了絲狀的結構。

絲狀結構是由成千上萬個星系構成的,就如同宇宙的骨架一樣在空間裏橫著,把星系團和超星系團連線起來。它們交匯的地方是宇宙裏密度最大的所在。

相對來講,空洞屬於比較空曠的地方,物質的密度比平均水平低得多。各個部份彼此作用,一起造就了宇宙網的模樣。

空洞的形成被看作是重力導致的,有人觀察到,空洞裏啥物質都沒有,不光星體沒有,就連暗物質也沒有。科學家覺得,是空洞把周邊的物質都給吸進去了,所以才形成了外邊啥都沒有的狀況。

反過來講,空洞的存在,有力地證明了宇宙網的存在。為啥這麽說呢?因為只有網狀的結構,它中間交錯的地方才能形成空隙,而這些空隙就是空洞。

在發現宇宙網以後,科學家就琢磨著模擬宇宙網的模樣,頭一步他們定下來從研究星系之間的磁場入手,只要把磁場的方向圖畫出來,就能估摸出宇宙網大致啥樣。

宇宙磁場是由高能粒子的運動產生的,反過來它還會對這些粒子的執行路線有影響。按照當下的理論推測,在重力的作用下,星系團融合的時候,連線它們的纖維會相互碰撞,從而出現巨大的激波。

這種激波不但能讓粒子加速,讓宇宙網裏星系間的磁場變強,而且還會弄出能用射電望遠鏡捕捉到的輝光。

不過因為大氣擾動的作用,再加上當下望遠鏡分辨率有限,這種輝光不太容易被記錄到,畢竟地球的大氣層裏全是不穩定的瓦斯和流體。

這些因素能讓光線在傳播的時候出現折射與散射的情況,進而致使來自遙遠星系的微弱光訊號變得朦朦朧朧。

越難越得想招兒,科學家覺得宇宙網的形成,或許是順著這些激波的方向來的。雖說捕捉到的激波訊號一直挺弱,激波還老是被宇宙大尺度結構的復雜情況和星際介質的吸收給蓋住了,可只有抓住這個,才有機會看清宇宙網是啥樣。

在 20 世紀末到 21 世紀初那段時間,由於望遠鏡技術快速進步,再加上電腦技術得到運用,科學家這才能夠借助間接的辦法察覺到宇宙網的些許跡象。

科學家依照激波的特性,搞出了一種特別的「疊加」觀察辦法。來自美國一研究機構的天文學家透過這個法子在宇宙網的研究中獲得了重大突破。

他們拍攝了數千張亮紅星系的影像,還進行了疊加處理,頭一回觀測到連線星系的宇宙細絲裏有一些正常物質存在,證明了這並非完全是黑暗的。

利用總光度的計算以及重力透鏡效應的統計分析,科學家們順利測得了這些細絲裏暗物質與常規物質的品質比例狀況,這是人類頭一回對宇宙網品質結構進行量化的嘗試。

透過觀察得出的結果,他們還推斷出了宇宙網的基本模式,了解到它是由兩種不一樣的「絲」構成的:一種是全部由暗物質形成的看不見的「暗色宇宙網」,另一種是主要由氫氣構成的能看見的「發光宇宙網」。

它們相互交織,把宇宙裏的所有星系和星系團都連起來了,給大規模結構搭起了支架。星系大機率是在宇宙網的交匯點形成的,這地方瓦斯密度最高,湧進來的冷瓦斯能給星系的長大提供營養。

不過因為裝置有限制,再加上有光學繞射效應,就算是最大的地面望遠鏡,也達不到理論上的極限分辨率。這樣一來,科學家就只能看到有限的細節,不能清楚地辨認出宇宙網裏的細小結構。

這已經是特別讓人驚喜的進步啦,有了這次成功的經驗,科學家對揭示宇宙網的結構和性質信心滿滿。要是咱們能清楚觀測到宇宙網,它就會成為暗物質存在的有力證明。

現如今,由於觀測技術不斷發展,尤其是數位巡天計劃開展之後,我們能夠直接觀測到宇宙網的結構與特性。

這些豐富的三維空間分布數據,不但證明了宇宙網是存在的,也給咱們的宇宙學研究打下了牢固的基礎。

宇宙網的存在證明了宇宙結構形成與演化理論是對的,還為探究宇宙物質的分布、暗物質的特性以及檢驗宇宙學模型給予了關鍵證據。

證實從宇宙大霹靂到星系的形成,再到加速膨脹這一整個過程,每個環節都藏著宇宙演化的奧秘。

所以宇宙網的研究極為重要,影響深遠,它和理解宇宙大規模結構以及演化的關鍵問題緊密相關。

雖然當下科學家們還只是在模糊辨識的水平,不過隨著觀測辦法和理論模型持續更新,人類遲早能清楚勾勒出這張大網的整體模樣。