宇宙是由什么構(gòu)成的?千百年來科學家一直在尋找答案。行星、恒星、星系等我們都早已熟悉，畢竟我們就生活在“普普通通”的銀河系中。然而，宇宙中還有許多罕見且令人嘆為觀止的結(jié)構(gòu)，比如一堵長達14億光年的“墻”。

近日，一個由法國巴黎薩克雷大學丹尼爾·波馬雷德等領(lǐng)導的國際研究小組，利用宇宙三維地圖發(fā)現(xiàn)了迄今為止最大的宇宙結(jié)構(gòu)之一——“南極墻”。這堵“墻”包含了數(shù)十萬個星系，其規(guī)?？梢耘c迄今發(fā)現(xiàn)的宇宙第六大結(jié)構(gòu)——史隆長城相媲美。

相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《天體物理學》雜志。

微小的不均勻性“成長”而來

“類似于‘南極墻’的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，是宇宙中一些密度較高的區(qū)域。”中國科學院國家天文臺研究員陳學雷表示，這些區(qū)域的星系密度要比其他區(qū)域更高，且成絲狀連接結(jié)構(gòu)。這些巨大的結(jié)構(gòu)比我們目前觀測到的最大星系團結(jié)構(gòu)還要大得多。“南極墻”被發(fā)現(xiàn)位于南天的天頂方向。試想一下，一堵長達14億光年的巨大城墻矗立在眼前，是一種何等壯觀的景象。

像“南極墻”這樣的巨大宇宙結(jié)構(gòu)，雖然罕見卻并非個例。2003年，美國普林斯頓大學的理查·哥特及其同事發(fā)現(xiàn)了一個被稱為史隆長城的巨大絲狀結(jié)構(gòu)，長度可達13.7億光年，然而這還不是宇宙中最大的結(jié)構(gòu)。2013年，天文學家在尋找伽馬射線暴時，意外發(fā)現(xiàn)了一個巨大的結(jié)構(gòu)，其長度可達100億光年，相當于目前可觀測宇宙半徑的20%，這就是迄今發(fā)現(xiàn)的最大宇宙結(jié)構(gòu)——武仙—北冕座長城。

這些宇宙中的“龐然大物”從何而來?

“根據(jù)目前的觀測，人們推測宇宙早期的分布是比較均勻的，但也有一些微小的不均勻性，被稱為原初擾動。”陳學雷表示，由于萬有引力，密度較高的區(qū)域會產(chǎn)生較強的引力，將周圍物質(zhì)吸引過來，使該區(qū)域密度進一步提升，從而加劇了宇宙的不均勻性，逐漸形成了星系以及更大尺度的結(jié)構(gòu)。

這些大尺度結(jié)構(gòu)由于引力作用相互吸引、相互聚集而成，引力作用讓它們克服了宇宙的膨脹效應(yīng)，從而形成了一個松散的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。由于其松散的結(jié)構(gòu)特征，其與周邊物質(zhì)還存在明顯的相互引力影響?？茖W家發(fā)現(xiàn)，一些星系遠離地球的速度比預期要快，然而另一些則要慢很多，或許這些宇宙中的“城墻”，正是導致這一現(xiàn)象的“罪魁禍首”。

有助于研究宇宙演化歷史

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)如此巨大，科學家是如何發(fā)現(xiàn)它們的?

“研究宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，首先要通過巡天觀測繪制宇宙的三維地圖，包括使用光學和射電觀測獲得宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。”陳學雷解釋道。

在理論上，主要是基于普通物質(zhì)—暗物質(zhì)—暗能量模型，利用數(shù)值模擬來對宇宙大尺度結(jié)構(gòu)進行預測。

然而此次發(fā)現(xiàn)的“南極墻”十分特別，它離我們太近了：只有5億光年的距離。它幾乎與史隆長城一樣長，但卻一直被人們所忽視，這是因為它位于銀河系正后方的黑暗區(qū)域，被銀河系發(fā)出的明亮光線所遮蔽。研究人員通過對其他星系的紅移和速度進行觀測，發(fā)現(xiàn)了其存在的蛛絲馬跡。丹尼爾·波馬雷德表示，這種方法可以讓他們探測到隱藏的質(zhì)量，這些質(zhì)量引力影響著星系的運動。

現(xiàn)代宇宙學表明，宇宙是由暗物質(zhì)、暗能量主導的，但暗物質(zhì)究竟是什么，目前我們還一無所知。而如“南極墻”等宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中，則很可能藏匿著大量的暗物質(zhì)。

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，是研究宇宙演化歷史的重要探針,包括由暗物質(zhì)主導的結(jié)構(gòu)形成過程，以及暗能量導致的宇宙膨脹。“雖然無法直接看到暗物質(zhì)，但在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中暗物質(zhì)與發(fā)光物質(zhì)成正比，所以從理論上來說，暗物質(zhì)也應(yīng)該高度密集。”陳學雷表示。

顯然，對于“南極墻”的研究既關(guān)乎臨近的銀河系，也可能為我們尋找暗物質(zhì)指路。不過，研究人員承認，他們可能還沒有繪制出完整的“南極墻”，因為這需要在一個更大的尺度上繪制出的宇宙地圖。

標簽： 南極墻