銀河之外的星系墻

我們的銀河系呈旋渦狀，中心到處都是星星，這幅照片是美國宇航局斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡在紅外波段下拍攝的。藏在銀河系背后的就是“南極墻”，一片由成千上萬星系構(gòu)成、跨度至少7億光年的星幕

我們銀河系背后的“隱帶”里藏著無數(shù)星系。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，本地宇宙的南部邊界橫亙著一片巨大的“星系墻”。這面星系墻的名字叫作南極墻，由成千上萬個(gè)星系組成——就像由數(shù)萬億恒星、黑暗世界、星際塵埃和氣體構(gòu)成的星際蜂巢——這些星系的跨度至少7億光年，形成了一片巨大的星幕。南極墻在我們銀河系的塵埃、氣體和恒星背后蜿蜒，從北半球天區(qū)的英仙座一直延伸到最南邊的天燕座。這片星系墻質(zhì)量極為巨大，甚至影響了宇宙局部的膨脹。

不過，不用費(fèi)心去看這面星系墻。整個(gè)星系墻都藏在銀河系背后，天文學(xué)家異乎尋常地將這片區(qū)域命名為“隱帶”。

由巴黎-薩克雷大學(xué)丹尼爾·伯梅雷德（Daniel Pomarède）和夏威夷大學(xué)R·塔利（R. Brent Tully）領(lǐng)銜的國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《天體物理期刊》（Astrophysical Journal）的一篇論文中正式宣布星系墻加入本地宇宙。論文還配有體現(xiàn)本地宇宙斑點(diǎn)狀及條帶狀特征的地圖和圖表，以及一段南極墻巡游的視頻。

人類一直在探索自己在宇宙中的位置——也就是在諸多星系和無盡虛空中確定我們的星系鄰居——以及未來將要抵達(dá)的位置，而南極墻的發(fā)現(xiàn)正是這個(gè)長期任務(wù)的最新進(jìn)展。

“令我們驚訝的是，南極墻的尺度和斯隆長城一樣大，與我們之間的距離則是后者的2倍，且因?yàn)殡[藏在南半球天空中的被遮蔽部分中，所以一直沒有被我們注意到?！辈防椎虏┦吭谝环怆娮余]件中說。

“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是體現(xiàn)可視化威力的典范?！彼┦空f。

這堵新的星系墻加入了一系列其他宇宙學(xué)特征：星系的結(jié)構(gòu)或沒有星系的結(jié)構(gòu)，如長城（也叫“巨墻”）、斯隆長城、武仙-北冕長城以及牧夫巨洞。在過去的幾十年里，天文學(xué)家逐漸了解并喜愛上了這些結(jié)構(gòu)。

這篇新論文基于塔利博士及其同事對(duì)遠(yuǎn)在6億光年以外的18 000個(gè)星系的距離的測(cè)量。相較之下，我們可以觀測(cè)的最遠(yuǎn)天體——也就是在大爆炸后不久形成的類星體和星系——與地球的距離大約是130億光年。

南極墻內(nèi)的星系無法直接觀測(cè)，但伯梅雷德博士和同事在匯總了世界各地的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)后，觀測(cè)到了南極墻的引力效應(yīng)。

1929年，天文學(xué)家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）提出了膨脹宇宙的概念，并且得到了證實(shí)，距今已近一個(gè)世紀(jì)。按照這個(gè)理論，在這個(gè)膨脹宇宙中，遠(yuǎn)方的星系會(huì)不斷遠(yuǎn)離我們（天文學(xué)家稱之為“退行”），就像不斷變大的氣球上的兩個(gè)斑點(diǎn)會(huì)越來越遠(yuǎn)一樣。此外，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，退行速度就越快，兩者之間的聯(lián)系由稱作哈勃定律的關(guān)系式?jīng)Q定。

星系遠(yuǎn)離地球的這種運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致它們發(fā)出的光朝波長更長（也就是顏色更“紅”）、頻率更低的方向偏移，就像離我們遠(yuǎn)去的救護(hù)車警笛一樣。這種現(xiàn)象叫作“紅移”，很容易測(cè)量，天文學(xué)家用它來表征宇宙尺度下的相對(duì)距離。伯梅雷德博士和同事自稱為“宇宙流動(dòng)”研究小組。通過測(cè)量各個(gè)星系與地球間的距離，他們區(qū)分了宇宙膨脹導(dǎo)致的星系運(yùn)動(dòng)和引力不規(guī)則導(dǎo)致的星系運(yùn)動(dòng)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在南極墻內(nèi)巨大物質(zhì)團(tuán)塊的引力下，地球與南極墻之間的星系退行要比正常情況下稍快一些，大概快了每秒30英里（約合48千米）；南極墻之外的星系的退行要比正常情況慢一些，這是因?yàn)槭艿搅四蠘O墻引力產(chǎn)生的阻力。

南極墻令人震驚的一個(gè)方面是，相較于這個(gè)團(tuán)隊(duì)研究的這塊空間來說，南極墻實(shí)在是太大：相當(dāng)于一束14億光年長的光絲反復(fù)彎折后塞進(jìn)了半徑為6億光年的星云里?！斑@么小的空間里，幾乎不可能塞下任何更大的結(jié)構(gòu)，”塔利博士在電子郵件中說道，“我們必須預(yù)判到，不可能完整觀測(cè)到所有這些光絲，必然有一部分被遮擋，超過我們的研究視野?！?/p>

不過，從宇宙學(xué)角度看，南極墻其實(shí)離我們并不遠(yuǎn)。“你可能會(huì)好奇，如此巨大的宇宙結(jié)構(gòu)，且距我們也不遠(yuǎn)，怎么會(huì)一直沒被我們注意到呢？”在大學(xué)發(fā)布的相關(guān)公告中，伯梅雷德博士提出了這個(gè)疑問。

然而，在這個(gè)膨脹宇宙之中，有更多東西等待我們?nèi)ビ^測(cè)。

宇宙學(xué)家證明：在最大尺度上，宇宙的膨脹應(yīng)當(dāng)是平滑的，星系應(yīng)該是均勻的。不過，在更小、更局部的尺度上，宇宙呈現(xiàn)塊狀和不均勻。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系總是會(huì)聚集在一起，常常是成千上萬個(gè)星系聚在一起，形成名為“星系團(tuán)”的巨大星云。這些星系團(tuán)又會(huì)通過絲帶狀的發(fā)光鏈條和細(xì)絲連接在一起，形成綿延數(shù)十億光年的超星系團(tuán)。星系團(tuán)之間的其他區(qū)域則是稱為“空洞”的龐大黑暗荒漠。

把這些都聯(lián)系在一起，就能得出部分天文學(xué)家所稱的“地球的冗長地址”：我們生活在地球上，而地球位于太陽系之中，太陽系則位于銀河系之中，銀河系則是名叫“本星系團(tuán)”的較小星系的一部分，而本星系團(tuán)位于室女座超星系團(tuán)邊緣，由數(shù)千個(gè)星系組成。

2014年，塔利博士提出，所有這些天體結(jié)構(gòu)互相之間都有聯(lián)系，都是他稱之為“拉尼亞凱亞”的巨型天體結(jié)構(gòu)的一部分——拉尼亞凱亞是夏威夷語，意為“開闊天空”或“巨大天堂”。他認(rèn)為，拉尼亞凱亞總共擁有10萬個(gè)星系，橫跨5億光年。

所有這些物質(zhì)團(tuán)塊都會(huì)扭曲宇宙的膨脹。1986年，一個(gè)自稱為“七武士”的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)宣布，人馬座方向上的廣闊天區(qū)中的星系離我們遠(yuǎn)去的速度要比哈勃定律預(yù)言的快得多，就好像有什么東西正拽著它們跑一樣——天文學(xué)家稱這些未知之物為“巨引源”。這就是大尺度天體結(jié)構(gòu)研究的開端。

“目前，我們認(rèn)為巨引源位于我們所在的超星系團(tuán)（我們團(tuán)隊(duì)把這個(gè)巨大實(shí)體稱為拉尼亞凱亞超星系團(tuán)）的中心區(qū)域。”塔利博士說，“這個(gè)超星系團(tuán)的各個(gè)部分都在拉拽我們?！?/p>

于是，巨引源及類似的天文結(jié)構(gòu)就給另一個(gè)長期沒有解決的宇宙之謎帶來了曙光——也就是，我們要到哪兒去？

1965年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙空間中到處都彌漫著微波輻射（熱?。獰嵩〉臏囟仁?.7開爾文，也就是-455℉（-270.56℃）。這種背景輻射是140億年前宇宙誕生之時(shí)產(chǎn)生的余溫。后續(xù)觀測(cè)表明，這種熱浴并不均勻：某個(gè)方向上的背景輻射要稍熱一些，這表明我們——地球、銀河系以及本星系團(tuán)——就像魚缸里的金魚一樣在微波背景輻射中移動(dòng)，以640千米/秒左右的速度朝半人馬座的方向運(yùn)動(dòng)，但最終目的地肯定遠(yuǎn)不止是半人馬座。

南極墻在天球坐標(biāo)系中的投影。銀河系所在的平面由灰色的塵埃圖表示，其背后的天體因被遮擋而無法直接觀測(cè)

為什么？魚缸另一側(cè)的什么東西在吸引我們？這是會(huì)出現(xiàn)在阿瑟·克拉克（Arthur C. Clarke）小說中的問題。在他的科幻作品中，人類總是在為某些深入宇宙盡頭且頗有意義的探險(xiǎn)做準(zhǔn)備。

“宇宙學(xué)的一大主要目標(biāo)就是解釋這種運(yùn)動(dòng)?！彼┦吭谝幌盗须娮余]件中說道。從理論上說，這種運(yùn)動(dòng)肇始于物質(zhì)的團(tuán)塊狀分布，而團(tuán)塊是從早期宇宙密集的微小波紋中發(fā)展起來。

“巨引源肯定是造成我們星系此類運(yùn)動(dòng)的重要原因?！彼┦空f?！澳蠘O墻也發(fā)揮了部分作用，”他補(bǔ)充并列舉了更多我們附近的星系團(tuán)和空洞，“密集分布的每一座山丘和河谷都會(huì)感受到它的力量?！?/p>

造成這種運(yùn)動(dòng)的大多數(shù)物質(zhì)，我們都無法直接觀測(cè)。按照令人困惑的荒謬宇宙的主流理論，宇宙包含的看不見的暗物質(zhì)是發(fā)光原子物質(zhì)的5倍。

目前，還沒有人知道暗物質(zhì)究竟由什么構(gòu)成，但宇宙學(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)為宇宙中的發(fā)光結(jié)構(gòu)提供了“引力腳手架”——星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、空洞和像南極墻這樣的鏈狀結(jié)構(gòu)全都由蜘蛛網(wǎng)般的細(xì)絲結(jié)構(gòu)連接在一起，也就是我們現(xiàn)在熟知的“宇宙網(wǎng)”。宇宙學(xué)家總是會(huì)說，可見宇宙中的恒星和星系就像是山頂?shù)难┗蜻h(yuǎn)方黑暗圣誕樹的燈光。

不過，在追尋這些燈光、研究其運(yùn)動(dòng)方式的過程中，像塔利博士和他的宇宙攝像師這樣的宇宙學(xué)家，現(xiàn)在已經(jīng)能夠探索燈光所在背景中的昏暗陰影：分布在宇宙各處的巨大質(zhì)量云團(tuán)，引力強(qiáng)到足以決定可見宇宙的命運(yùn)，驅(qū)使各種天體結(jié)構(gòu)形成各種形狀和區(qū)塊、“墻體”、“山谷”和空洞。

“這些暗物質(zhì)具有自己的方式，”塔利博士說，“我們就像是試圖逆流而上的泳者，但被這些不可見的物質(zhì)更快地帶向下游?！?/p>

資料來源 The New York Times