研究发现连接宇宙的“宇宙网”塑造了星系中的暗物质

我们的宇宙被一个由暗物质和气体组成的巨大网络所连接，该网络跨越数百万光年，并在由密集的星系团组成的 “节点”处相交。这个巨大的网络以基本的方式塑造了星系的分布和演化，科学家们正试图通过越来越清晰的观察和先进的模拟来解开这个网络的谜团。

现在，由爱丁堡大学天文学研究生Callum Donnan领导的一个团队，已经确定了星系的化学构成与它们在宇宙网中的位置之间的关键关联。根据周一发表在《自然-天文学》上的一项研究，该小组利用现实生活中的观察和计算机模拟，发现“靠近节点的星系比远离节点的星系显示出更高的化学富集度”，这一发现揭示了连接宇宙的一些神秘的动力学。

Donnan在一封电子邮件中说：“人们已经推测了一段时间，星系如何演化和它们在宇宙网中的位置之间存在着联系。然而，由于需要进行覆盖大部分天空的大型、密集的光谱调查，获得观测证据一直很困难。最近已经有了这方面的结果，但是气体特性如何与宇宙网联系在一起，以前还没有进行过详细的探讨。”

为了研究这个问题，Donnan和他的同事们研究了新墨西哥州的斯隆数字天空测量(SDSS)所观察到的距离银河系约10亿光年内的星系，该测量覆盖了天空的巨大区域。该小组研究了这些现实中的星系中星际空间的气体元素构成，这一属性被称为气相金属性。

研究结果显示，靠近宇宙网节点的星系含有更丰富的“金属”，在天文学中指的是比氦气更重的任何元素。研究人员还观察到了与网络丝线的接近程度有较弱的相关性，网络丝线是延伸到宇宙中的线，将节点连接在一起。研究小组使用IllustrisTNG平台进行了复杂的宇宙学模拟，这支持了观察到的结果。

重要的是，该方法显示，即使考虑到其他因素，如宇宙中某一特定区域的密度，一个星系在宇宙网中的位置也会调节其化学含量。

Donnan指出：“我们怀疑会有这样的关系，因为星系不是孤立的系统，而是与它们的环境相互作用。然而，我们并不确定究竟会发生什么，因为这里有许多物理过程在起作用。过去有一些证据表明，宇宙中过密区域的星系在化学上是富集的，但没有任何东西是着眼于整个宇宙网的规模的。”

自然，这就提出了一个问题，即为什么与那些沿丝线分布的星系或宇宙网中的空“voids”相比，位于节点附近的星系富含更多金属。Donnan的团队分离出了这种关系的两个主要驱动因素。对星系外部气体的吸收以及星系内部恒星和暗物质的演变。

星系以星系间介质中散落在太空中的气体为食，但那些离节点较远的星系比靠近节点的星系消耗的外部物质要多得多。由于星系间的气体是贫金属的，它稀释了远处星系的富集气体，降低了它们的整体气相金属性。靠近节点的星系不会消耗那么多的这种贫金属物质，这有助于使它们保持较高浓度的重元素的化学富集。

此外，靠近结点的星系似乎比位于远处的星系更早成熟。这些星系在孕育新的恒星和收集暗物质方面占据了先机，暗物质是一种神秘的物质，构成了宇宙中的大部分物质。

“我们认为，靠近节点的星系在过去有更活跃的恒星形成，其他结果显示，靠近节点的星系更早地组装了它们的暗物质，”Donnan说。“我们认为，这表明宇宙中大型暗物质结构的基本形成与气体金属性之间存在着联系，通过增加早期恒星形成。”

鉴于这些天文互动的规模和复杂性，弄清宇宙网和星系演变之间的这些细微联系是一项艰巨的任务。Donnan和他的同事说，他们的发现代表了研究中“朝着这个目标迈出的重要的第一步”，但他们也强调，新技术将在未来完善这些奥秘。特别是，将于2020年代中期完成的暗能量光谱仪（DESI），将有助于揭露这个史诗般的宇宙结构与它内部和周围的星系之间的一些隐藏联系。

Donnan表示：“有了暗能量光谱仪（DESI），我们将拥有更多数量级的星系的光谱，这将使我们能够推动这个问题的发展，并开始真正解开宇宙网影响星系演变的方式。DESI还将使我们能够在更远的时间看到这种影响，因此我们可以看到宇宙网在星系演化中的作用是如何随时间变化的。”

“这里的大背景是试图产生一个完整的星系演化图景，我们已经表明，为了做到这一点，我们需要考虑宇宙网的作用，”他总结道。“特别是在星系的复杂气体物理学方面有很多不确定性，我们已经证明了宇宙网在其中发挥了作用。另外，试图将宇宙的大尺度结构如何增长，与星系如何演化联系起来，对于理解整个宇宙的演化非常重要，因为它可以帮助我们更好地理解宇宙学。这有助于在最大尺度的物理学和较小的星系尺度的物理学之间建立一座桥梁。”