神秘巨弧挑战宇宙学

3Dking

在宇宙学家心中，无论我们往哪个方向看，目光所及之处的宇宙看起来都大致相同。换句话说，在宇宙中，任何位置都并不特殊，虽然在恒星系统、星系和星系团层面上或许有一些不均匀的地方，但当我们在10亿光年甚至更大的大尺度观测宇宙时，宇宙中的物质在可观测空间内应该是均匀分布的，不应该出现明显的不规则特征。

这种观点便是所谓的宇宙学原理，它是现有宇宙学标准模型的基础。然而近年来，天文学家陆续观测到的一些大尺度结构，使得我们对宇宙学原理这一基本认知产生了质疑。比如在之前的一些观测中，就有研究人员发现了斯隆巨壁和南极巨壁、巨型伽马射线暴环等结构。

在美国天文学会于今年6月上旬举行的第238届线上会议上，来自英国中央兰开夏大学的研究人员在会上公布了他们的一项最新发现。他们通过研究斯隆数字化巡天（SDSS）所捕获的来自约40,000个类星体的光，在92亿光年之外的地方发现了一个巨大的、几乎对称的由星系构成的弧形结构。



类星体是一种极其明亮的活动星系核，其中心的超大质量黑洞正在消耗物质并释放能量。由于这些类星体与我们相距十分遥远，因此看起来它们就像是一个个的光点。类星体释放出的光在前往地球的途中，一些光线会被遇到的星系内及其周围的原子所吸收，从而在光线中留下特定的特征，再最终抵达天文学家的望远镜中。




明亮的类星体所放出的光线会穿透星系周围的气体，来自类星体的一些光会被气体吸收，在类星体光谱中留下一些特征。利用这一信息，天文学家可以绘制出遥远太空中的物质分布。| 图片来源：UCLan

因此，通过望远镜测量这些类星体的光谱，就能知道类星体的光经过的旅程，特别是那些光被吸收的部分。在这项新研究中，研究人员是通过分析光的镁（Mg） II吸收线来确定类星体的光都穿过了哪些位置上的星系的。通过镁II吸收线，研究人员可以很轻易地识别出光被吸收的信息，从而描绘出宇宙中那些亮度很低的物质。在通常情况下，这些物质所发出的光与类星体相比是微弱且不可见的。




巨弧。灰色轮廓代表镁II吸收体，预示了星系和星系团的分布。蓝色的点代表类星体)。| 图片来源：UCLan

利用这种方法，他们描绘出了一条巨大的、近乎对称的曲线。这条曲线位于牧夫座，形状呈新月形结构，宽度跨越了33亿光年，覆盖了几十个星系，跨度约为可观测宇宙半径的1/15。根据目前的宇宙学来看，宇宙中大尺度结构的理论极限是12亿光年。也就是说，巨弧的跨度几乎是极限的3倍，也是斯隆巨壁的两倍大。

宇宙学的标准模型要如何解释这些陆续被发现的超过了理论极限的大尺度结构呢？是罕见的巧合？又或者说其背后有可能蕴含着别的秘密？在这项研究中，研究人员总共进行了三次统计计算，以试图计算出星系是偶然排成巨弧的几率。这三次测试都表明这个结构是真实存在的，其中一个测试结果甚至超过了物理学家的黄金标准，表明它是一个统计上的巧合的几率小于0.00003%。

这是对宇宙在大尺度上是均匀的这一假设的一个重大挑战。它的出现，加上近年来发现的其他大尺度结构，让天文学家再次对宇宙学原理产生了质疑。巨弧的出现无疑带来了更多问题，因为它可能会扩大宇宙学家口中的“足够大”的概念。除此之外，另一个急需宇宙学家思考的关键问题将是：什么样的尺度才能被认为是“足够大”的？

如果天文学家最终确认这个弧真实存在，巨弧将加入宇宙中不断增长的大尺度结构的行列，它们将一起打破宇宙学的标准模型，颠覆我们所知的宇宙学。目前，这一结果还没能让所有天文学家信服。他们认为，现有结果虽然已经很好，但要清晰地证明巨弧存在与否，还需要进行更多的观测。

#创作团队：

文字：不二北斗

#参考来源：

https://www.uclan.ac.uk/news/discovery-of-a-giant-arc-in-distant-space-adds-to-challenges-to-basic-assumptions-about-the-universe

https://www.sciencenews.org/article/galaxy-giant-arc-3-billion-light-years-long-cosmology-space

#图片素材来源：

封面：A. Lopez / UCLan