双鱼-鲸鱼座超星系团复合体
· 描述:一个难以想象的宇宙巨网
· 身份:包含双鱼-鲸鱼座超星系团的巨大纤维状结构,跨度约10亿光年
· 关键事实:是宇宙中已知最大的结构之一,包含了数百万个星系,我们的拉尼亚凯亚超星系团位于其边缘。
双鱼-鲸鱼座超星系团复合体(第一篇幅·宇宙巨网的丝线)
夏威夷莫纳克亚山的午夜,海拔4200米的峰顶寒风刺骨。我蜷在斯巴鲁望远镜的控制室里,面前的屏幕上跳动着斯隆数字巡天(SDSS)的最新数据——一片跨越数亿光年的天区,数百万个星系像撒在黑色天鹅绒上的碎钻,正以肉眼难辨的规律排列。突然,博士后小林指着屏幕右上角惊呼:“老师,这里的星系……全挤在同一条线上!”
放大图像,一条由星系组成的“丝带”赫然显现:从双鱼座方向蜿蜒而出,穿过鲸鱼座,向未知的黑暗深处延伸,宽度足有1亿光年,长度却望不到尽头。这不是偶然——我们追踪这条“丝带”三个月后发现,它只是某个更庞大结构的“一根线头”。今天,我们要讲的,就是这个被称为“双鱼-鲸鱼座超星系团复合体”的宇宙巨网:它像一张横跨10亿光年的隐形蛛网,网住了数百万个星系,而我们所在的家园,不过是网边一粒微尘。
一、从“星系地图”到“宇宙丝带”:意外的发现
故事要从十年前说起。那时我还是研究生,跟着导师安娜研究“宇宙大尺度结构”。她总说:“别只看单个星系,要把宇宙当成一张地图——星系是城市,星系团是城市群,超星系团是超级都市带,而它们之间,一定有条‘路’连着。”
所谓“路”,就是后来发现的“宇宙纤维”。2010年,斯隆巡天发布了第一期数据,安娜带着我们用计算机给星系“画地图”:把每个星系的三维坐标(上下左右前后)标出来,用颜色区分距离——近的蓝色,远的红色。当图像铺满整面墙时,所有人都倒吸一口凉气:星系根本不是随机分布的!它们像被一只无形的手拨弄过,聚成密密麻麻的“团”(星系团),团与团之间用纤细的“丝”(纤维)连接,丝的末端又散成稀疏的“网眼”(宇宙空洞)。
“看这里,”安娜用激光笔点着双鱼座方向,“这片区域的星系,红移值高度一致,排列成一条直线——这不是巧合,是纤维的起点。”当时我们以为这只是局部现象,直到2018年,欧洲空间局的“普朗克”卫星绘制的宇宙微波背景辐射图显示:这片区域的引力异常集中,像一个“引力陷阱”,正把周围的星系往这条“丝带”上拽。
“这丝带背后,肯定藏着更大的东西。”安娜在组会上敲着桌子。我们给它起了个代号“PC-1”(Pisces-Cetus-1),没人想到,这个代号日后会成为宇宙学中“最大结构”的代名词。
二、“丝带”的尽头:10亿光年的宇宙长城
要理解PC-1有多大,得先放下地球的尺度。我们常说“光年”是距离单位,但1光年约等于9.5万亿公里——相当于地球到太阳距离的6万多倍。而PC-1的跨度,是10亿光年。
怎么具象化这个数字?假设你有一根头发丝,直径约0.1毫米。如果把这根头发丝放大到横跨整个中国(约5000公里),那么PC-1就相当于在这根头发丝上,每隔1厘米画一个点,这些点连成的线,长度就有10亿光年——或者说,从头发丝的起点到终点,要走2000万公里,相当于绕地球赤道500圈。
2020年,我们用智利的阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)对准PC-1的“丝带”,想看清它由什么组成。结果让所有人震惊:所谓的“丝带”,根本不是一条均匀的线,而是由无数个星系团“串”起来的“糖葫芦”——每个星系团包含几百到几千个星系,星系团之间隔着稀疏的气体云,像珍珠项链上的间隔珠。
“看这个星系团,”小林放大ALMA的图像,“里面有椭圆星系、螺旋星系,甚至棒旋星系,像一群不同性格的人挤在公交车上。”其中一个编号为“PC-1-A”的星系团,直径就有2000万光年,包含1200多个星系——要知道,我们所在的本星系群(包括银河系、仙女座星系等)才只有50多个星系,PC-1-A就像一个“星系的超级城市”,里面每天上演着星系碰撞、气体吸积、新星诞生的故事。
更惊人的是“丝带”的长度。我们顺着PC-1追踪,发现它从双鱼座出发,穿过鲸鱼座,经过波江座,一直延伸到长蛇座,总长度超过10亿光年——相当于从地球到宇宙边缘(可观测宇宙半径465亿光年)的1/46。如果用高速公路来比喻,它就是从北京到纽约的距离(约1.1万公里),而且全程没有出口,只是一条单向的“星系高速公路”。
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