趙君鵬

“星漢燦爛”是從地球上看到的銀河系正面的景象，但是它的背后是什么，人們對(duì)此充滿了好奇。近日，法國(guó)一支科研團(tuán)隊(duì)利用宇宙三維地圖在銀河系的背后發(fā)現(xiàn)了宇宙中超大的結(jié)構(gòu)之一——南極墻，其長(zhǎng)度可達(dá)十四億光年。

南極墻包含數(shù)十萬(wàn)個(gè)星系，其星系密度比宇宙其他區(qū)域高，呈絲狀連接結(jié)構(gòu)。它位于銀河系的正后方——南天的天頂方向的黑暗區(qū)域，因?yàn)殂y河系較亮，所以要想發(fā)現(xiàn)它比較難。

南極墻中除了眾多的星系，還包含大量的暗物質(zhì)。20世紀(jì)30年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，很多天體在運(yùn)行時(shí)，除了受到能看得見(jiàn)的物質(zhì)的引力之外，還受到來(lái)源不明的引力，由此推測(cè)宇宙中必然存在某種未知的物質(zhì)，數(shù)量比已知的物質(zhì)多，并且能夠產(chǎn)生引力。這種神秘物質(zhì)就是被現(xiàn)代宇宙學(xué)證實(shí)存在的暗物質(zhì)。暗物質(zhì)不屬于任何一種粒子，它不參與電磁相互作用，既不反光、不發(fā)光，又不遮擋任何光線。也就是說(shuō)，我們之所以看不見(jiàn)暗物質(zhì)，不是因?yàn)闆](méi)有光照亮它們，而是光根本照不亮它們。雖然科學(xué)家對(duì)暗物質(zhì)進(jìn)行了許多觀測(cè)，但仍不能全然了解其成分，所以從未目睹過(guò)暗物質(zhì)的真容。于是，通過(guò)暗物質(zhì)的引力效應(yīng)，科學(xué)家估算出它在宇宙中所占的比例：它廣泛分布于宇宙的各個(gè)角落，占宇宙總體質(zhì)量的85%。

科學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬宇宙大尺度結(jié)構(gòu)推測(cè)，暗物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光速，它是“冷暗物質(zhì)”，否則宇宙無(wú)法在引力的作用下形成我們觀測(cè)到的大尺度結(jié)構(gòu)。所謂宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，是指可觀測(cè)宇宙在大范圍內(nèi)，比如十億光年中，質(zhì)量和光的分布特征，它是研究宇宙演化歷史的探針。無(wú)碰撞的低速暗物質(zhì)粒子在引力作用下逐漸聚集成團(tuán)，這一過(guò)程形成了宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。

觀測(cè)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)離不開(kāi)紅移巡天。當(dāng)天體的電磁輻射頻率降低、波長(zhǎng)變長(zhǎng)時(shí)，在可見(jiàn)光波段，就表現(xiàn)為光譜的譜線朝紅端移動(dòng)了一段距離。紅移巡天就是利用這個(gè)原理對(duì)天空的部分進(jìn)行天體紅移值的測(cè)量，它可以顯示天空中一定范圍內(nèi)物質(zhì)的立體分布狀態(tài)。紅移巡天顯示宇宙呈泡沫網(wǎng)狀，幾乎所有的星系分布在狹窄的“纖維帶”上，而它們中間則是巨大的空洞，天文學(xué)家稱之為“巨洞”，有的巨洞的直徑可達(dá)3億光年，其中充滿了暗物質(zhì)。

天文學(xué)家已經(jīng)利用紅移巡天等技術(shù)在宇宙中發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)超大結(jié)構(gòu)。比如1989年，發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)5億光年的“CfA2長(zhǎng)城”;2003年，發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)13.7億光年的“史隆長(zhǎng)城”;2013年，發(fā)現(xiàn)了可觀測(cè)宇宙中目前已知的最大結(jié)構(gòu)——“武仙—北冕座長(zhǎng)城”，其長(zhǎng)度可達(dá)100億光年，相當(dāng)于可觀測(cè)宇宙半徑的20%。

由于萬(wàn)有引力，這些超大結(jié)構(gòu)中密度較高的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較高的引力，將周?chē)镔|(zhì)吸引過(guò)來(lái)，進(jìn)一步提升該區(qū)域的密度，這加劇了宇宙的不均勻性，從而形成了星系及更大尺度的結(jié)構(gòu)。這些大的宇宙結(jié)構(gòu)在引力的作用下克服了宇宙的膨脹效應(yīng)，形成了松散的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這又讓它與周邊物質(zhì)存在明顯的相互吸引。一些星系遠(yuǎn)離地球的速度比預(yù)期快，而另一些則慢得多，或許宇宙中這些巨大的“城墻”就是造成這一現(xiàn)象的“幕后黑手”。

宇宙中是否存在更大的結(jié)構(gòu)？這些超大結(jié)構(gòu)隱藏著什么秘密？以我們目前的知識(shí)體系和觀測(cè)結(jié)果還難以給出確切的答案。我們所知道的是：宇宙無(wú)限，探索不止，這是人類孜孜以求的目標(biāo)。