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宇宙网究竟有多“黑暗”?

http://finance.sina.com   2020年03月17日 17:55   北京新浪网

图为宇宙网细丝的可视化图像。该模拟由“星系及周围环境的演化与合成”(简称EAGLE)项目开展。图为宇宙网细丝的可视化图像。该模拟由“星系及周围环境的演化与合成”(简称EAGLE)项目开展。

  新浪科技讯 北京时间3月18日消息,据国外媒体报道,宇宙中的每一个角落都被一张巨大而隐形的“网”所渗透。尽管我们在太空中看见的一切都由其组织成型,这张网本身却是隐形的,因为它由暗物质构成。暗物质会对其它物质产生引力,但不会释放出光线,因此无法被我们看见。

  但这种情况已经成为过去时了。研究人员有史以来第一次,成功“照亮了”宇宙中一部分最黑暗的角落。

  织网

  很久很久以前,宇宙比如今炽热得多、狭小得多、也稠密得多。那时的宇宙也比现在更乏味无趣,各处的密度都相差无几。当然,那时的太空整体上比现在拥挤得多,但无论你去到哪里,各处都没什么区别。

  但当时的宇宙密度也会随机出现一些微小的区别。有些小块部位的引力会比周围略大一些,因此物质往往会被吸引到它们身边去。这些物质团就这样不断增长,引力也越来越大,吸引的物质越来越多……在接下来的数十亿年中,这个过程不断循环往复。而与此同时,它们之间的空间也变得越来越空旷。可谓“富人越来越富,穷人越来越穷。”最终,这些密度较大的团块逐渐变成了第一批恒星、星系和星团,它们之间的太空则变成了空无一物的星际空间。

  如今,这个巨大的“施工项目”已经进行了138亿年,但还没有完工。物质仍在从这些空旷的空间中流出、加入星系;而这些星系也在不断加入稠密的星团之中。如今,宇宙中已经形成了一张巨大、复杂的丝状物质网络,即我们所说的“宇宙网”。

  黑暗中的一线光芒

  宇宙中的大部分物质都是暗物质,不会与光线、或恒星、气体云等“普通”物质发生相互作用。因此,宇宙网的大部分在我们看来都完全隐形。幸运的是,在暗物质大量聚集之处,其它普通物质也会受其引力吸引、加入它们的“阵营”。

  在宇宙中最稠密的区域,暗物质的引力会吸引大量普通物质前来聚集。而这些普通物质逐渐转化成了恒星。就像远处黑暗海滩边的灯塔一样,这些恒星和星系可以告诉我们宇宙中的暗物质藏在哪里,隐隐描绘出了宇宙网的真实结构轮廓。

  我们很容易看见宇宙中的星团在哪里,它们就像坐夜班飞机时、地面上灯火通明的大城市一样显眼。这些天体结构中一定存在大量暗物质,因为必须有足够大的引力、才能将这么多的星系聚集在一起。

  而宇宙的空旷区域也很容易看清。这些区域所含的暗物质一定很少。由于没有星系照亮这些区域,我们可以判断出,这些区域中大部分都空无一物。

  但宇宙网的宏伟壮观其实就在于构成这张网的“细丝”本身。这些由星系构成的纤细“卷须”可长达数百万光年,跨过黑暗的宇宙虚空,将一座座明亮的星团“城市”联结在一起。

  透过黯淡的透镜

  而这些“细丝”也是宇宙网中最难研究的一点。其中有一些星系,但数量不多。并且这些细丝的长度和方向也各有不同。相比之下,那些星团和虚空就显得简单多了。因此,尽管我们早在几十年前就通过计算机模拟知晓了这些细丝的存在,但一直没能真正看见它们。

  不过,一支天文学家团队最近在宇宙网的绘制方面取得了重大进展,并在1月29日将研究结果发表在了论文预印网站arXiv上。他们的研究过程如下:

  首先,他们从重子振荡光谱巡天(BOSS)任务收集的数据中找出了一类所谓的“亮红星系”(LRGs)。亮红星系是一类规模极其巨大的星系,通常位于暗物质密集区域的中央。如果亮红星系位于暗物质最密集的区域中,那么将它们连接起来的线条就应该由更精细的“细丝”构成了。

  但光盯着两个亮红星系之间的空间看,是看不出什么来的,毕竟它们之间并没有太多东西。因此,该团队从数据中找出了数千对亮红星系,将它们重新校准对齐,然后相互重叠、生成了一张合成图像。

  利用这张合成图像,科学家数出了他们能看见的所有星系,并将这些星系发出的光线全部相加在一起。这样一来,研究人员便可测算出构成亮红星系之间细丝的有多少普通物质。接下来,研究人员又着重分析了这些细丝背后的星系,特别是它们的形状。

  这些背景星系发出的光线从相互交织的细丝中穿过时,细丝中暗物质的引力会使光线微微转向,导致这些星系的图像略有偏移。通过测量其偏移程度,该团队成功测算出了细丝中的暗物质含量。

  而这些测算结果与理论预测相一致。科学家也证实了这些细丝并非漆黑一片,每相当于351个太阳质量的细丝可以产生相当于1个太阳的光量。

  这张“细丝图”还非常原始,但毕竟是首次取得这样的进步。并且这张图清晰地显示,虽然我们的宇宙网大部分都十分黑暗,但并非一丝光亮也无。(叶子)

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