天文學家首度直接觀測到「宇宙網」,氣體透過絲線公路連接各星系

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 07 日 14:59 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


宇宙由可見的重子物質和不可見的暗物質構成,我們找不到暗物質並不奇怪,然而事實上,我們連有形的重子物質都只找到一半。宇宙學標準模型指出,消失的重子物質應該就藏在熱星際介質中,而最近,日本天文團隊終於針對這些氣體發出的微弱光芒,做出第一張宇宙纖維網詳細照片。

根據宇宙學 ΛCDM 標準模型,我們的恆星、星系、星系群、星系團都不是漫無目的分布,而是在大尺度結構下井然有序的成長。宇宙大爆炸後,重力促使一般物質與暗物質聚結成團塊與絲線,構成一個有結有線的「宇宙網」,而星系叢聚成星系群、星系團等結構,集中出現在宇宙網結點上,結與結之間又透過細絲相連。

宇宙學家相信大爆炸後產生的 60% 氫氣就存在於這些細絲中,像沿著宇宙快速公路一樣為相連的星系供給營養。2017 年時一份觀測結果支持這一說法,即我們始終找不到的另一半重子物質(能發射或吸收光的粒子,比如質子、中子或電子),就隱藏在宇宙網絲線內,這些物質也稱為熱星際介質(warm-hot intergalactic matter,縮寫 WHIM)。

▲ 以地球為中心周遭 10 億光年範圍的宇宙結構,可以看見室女座超星系團由許多纖維絲線與團塊(星系、星系群、星系團)組成,而在線與團塊之外的區域稱為「空洞」(Void),基本上很少或完全不含任何星系。(Source:wikipedia

到目前為止,我們都還沒檢測到不發射或吸收光的暗物質,也很難發現宇宙纖維網的細絲結構,因為這些氣體稀疏又極容易擴散,加上周遭星系發出的光太亮,使得它們更加黯淡無光,難以被望遠鏡檢測到。

不過現在,由日本理化學研究所(RIKEN)天文學家 Hideki Umehata 領導的團隊,利用甚大望遠鏡(VLT)觀察距離我們 120 億光年的 SSA22 原星團(Protocluster),首次「直接觀測到」2 根延伸超過 300 萬光年的氣體細絲,將這個早期宇宙古老星系團的星系連接在一起,團隊也拼湊出有史以來第一張熱星際介質分布照片。

研究表明,纖維網內的氣體總質量應該達太陽質量 1 兆倍,並且各細絲交點處是活躍的星系中心,包含超大質量黑洞和星爆星系,有助於餵養它們,觀察結果也更加支持了星系形成的暗物質模型。

不過,觀察如此遙遠的結構也衍伸出明顯侷限,首先,科學家幾乎不可能斷定每條纖絲的起點與終點,這可能導致不同團隊定義出不同的纖維邊界,從而產生不同的結構圖。但至少,科學家第一次直接繪製出宇宙網的存在,並確認氫氣氣體如何走捷徑調節超大質量黑洞與星系的形成。

新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:DurhamUniversity 影片截圖)

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