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规模庞大的宇宙网,犹如星际中的「高速公路」,规划星系间的运行

2024-08-10科学

浩瀚宇宙没有尽头,可在人类看来,宇宙里星系的运行是有特定规律的,把这些星系聚拢规划起来的,就被称作宇宙网。

宇宙网被视作构成可观测宇宙顶层结构的庞大系统,是由星系、星系团以及连接它们的纤维构成的,能跨越几百亿光年,然而却是人类瞧不见的。

2009 年的时候,天文学家在宇宙里找出了一个不为人知的星系团,这个星系团特别大。在对其展开研究以后,天文学家察觉到了一个规律。

这说的是星系的构成规律,据美国宇航局太空网讲,宇宙存在基本的「骨架」,星系的形成被一只看不见的大手给安排了。

法国天文学家罗德里戈·伊巴塔赞成这种说法,他觉得用大型天文望远镜观测宇宙,眼前就会呈现出一张宇宙网。

这张网并非那种广义层面上像网似的东西,而是依照星系的形成推想出来的。伊巴塔觉得这种看不到的无形之网是「丝状或者卷须状」的,靠人类瞧不见的暗物质维系着。

暗物质没法让肉眼直接瞅见,有的暗物质连仪器都探测不了,它既不发亮,也不反光,不过研究结果表明,暗物质肯定是存在的,并且科学家觉得宇宙中 85%的质量都属于暗物质。

暗物质分布不均匀,这给引力打下了基础,塑造出宇宙网的骨架,而且随着时间慢慢过去,变成了丝状的结构。

丝状结构是由成千上万个星系构成的,就如同宇宙的骨架一样在空间里横着,把星系团和超星系团连接起来。它们交汇的地方是宇宙里密度最大的所在。

相对来讲,空洞属于比较空旷的地方,物质的密度比平均水平低得多。各个部分彼此作用,一起造就了宇宙网的模样。

空洞的形成被看作是引力导致的,有人观察到,空洞里啥物质都没有,不光星体没有,就连暗物质也没有。科学家觉得,是空洞把周边的物质都给吸进去了,所以才形成了外边啥都没有的状况。

反过来讲,空洞的存在,有力地证明了宇宙网的存在。为啥这么说呢?因为只有网状的结构,它中间交错的地方才能形成空隙,而这些空隙就是空洞。

在发现宇宙网以后,科学家就琢磨着模拟宇宙网的模样,头一步他们定下来从研究星系之间的磁场入手,只要把磁场的方向图画出来,就能估摸出宇宙网大致啥样。

宇宙磁场是由高能粒子的运动产生的,反过来它还会对这些粒子的运行路线有影响。按照当下的理论推测,在引力的作用下,星系团融合的时候,连接它们的纤维会相互碰撞,从而出现巨大的激波。

这种激波不但能让粒子加速,让宇宙网里星系间的磁场变强,而且还会弄出能用射电望远镜捕捉到的辉光。

不过因为大气扰动的作用,再加上当下望远镜分辨率有限,这种辉光不太容易被记录到,毕竟地球的大气层里全是不稳定的气体和流体。

这些因素能让光线在传播的时候出现折射与散射的情况,进而致使来自遥远星系的微弱光信号变得朦朦胧胧。

越难越得想招儿,科学家觉得宇宙网的形成,或许是顺着这些激波的方向来的。虽说捕捉到的激波信号一直挺弱,激波还老是被宇宙大尺度结构的复杂情况和星际介质的吸收给盖住了,可只有抓住这个,才有机会看清宇宙网是啥样。

在 20 世纪末到 21 世纪初那段时间,由于望远镜技术快速进步,再加上计算机技术得到运用,科学家这才能够借助间接的办法察觉到宇宙网的些许迹象。

科学家依照激波的特性,搞出了一种特别的「叠加」观察办法。来自美国一研究机构的天文学家通过这个法子在宇宙网的研究中获得了重大突破。

他们拍摄了数千张亮红星系的图像,还进行了叠加处理,头一回观测到连接星系的宇宙细丝里有一些正常物质存在,证明了这并非完全是黑暗的。

利用总光度的计算以及引力透镜效应的统计分析,科学家们顺利测得了这些细丝里暗物质与常规物质的质量比例状况,这是人类头一回对宇宙网质量结构进行量化的尝试。

通过观察得出的结果,他们还推断出了宇宙网的基本模式,了解到它是由两种不一样的「丝」构成的:一种是全部由暗物质形成的看不见的「暗色宇宙网」,另一种是主要由氢气构成的能看见的「发光宇宙网」。

它们相互交织,把宇宙里的所有星系和星系团都连起来了,给大规模结构搭起了支架。星系大概率是在宇宙网的交汇点形成的,这地方气体密度最高,涌进来的冷气体能给星系的长大提供营养。

不过因为设备有限制,再加上有光学衍射效应,就算是最大的地面望远镜,也达不到理论上的极限分辨率。这样一来,科学家就只能看到有限的细节,不能清楚地辨认出宇宙网里的细小结构。

这已经是特别让人惊喜的进步啦,有了这次成功的经验,科学家对揭示宇宙网的结构和性质信心满满。要是咱们能清楚观测到宇宙网,它就会成为暗物质存在的有力证明。

现如今,由于观测技术不断发展,尤其是数字巡天计划开展之后,我们能够直接观测到宇宙网的结构与特性。

这些丰富的三维空间分布数据,不但证明了宇宙网是存在的,也给咱们的宇宙学研究打下了牢固的基础。

宇宙网的存在证明了宇宙结构形成与演化理论是对的,还为探究宇宙物质的分布、暗物质的特性以及检验宇宙学模型给予了关键证据。

证实从宇宙大爆炸到星系的形成,再到加速膨胀这一整个过程,每个环节都藏着宇宙演化的奥秘。

所以宇宙网的研究极为重要,影响深远,它和理解宇宙大规模结构以及演化的关键问题紧密相关。

虽然当下科学家们还只是在模糊识别的水平,不过随着观测办法和理论模型持续更新,人类迟早能清楚勾勒出这张大网的整体模样。