天文学家发现相隔300万光年的星系之间也存在联系

宇宙绘图中的一项新突破揭示了巨大细丝的结构，它是连接星系的巨大宇宙网的一部分。暗物质和气体形成了这些丝状结构，但是它们发出的微弱光芒使它们难以被探测到。 通过使用先进的望远镜技术和数百小时的观测，天文学家捕捉到了迄今为止最详细的图像，使我们更接近于解码星系的演变和塑造宇宙的隐秘力量。

图片显示的是连接两个星系（黄色恒星）的宇宙细丝内所包含的弥漫气体（由黄到紫），其延伸距离长达 300 万光年。 图片来源：Davide Tornotti/米兰比可卡大学

乍一看，宇宙似乎是由散落的星系组成的混乱蜂群。 但实际上，它们是一个巨大的、相互联系的结构的一部分，这个结构被称为宇宙网--宇宙中最大的框架。 这个网由巨大的暗物质和气体丝组成，在星系之间延伸，环绕着巨大的空洞。 现在，经过数百小时的望远镜观测，天文学家们拍摄到了迄今为止分辨率最高的单个宇宙细丝图像，它连接着正在形成的星系。 这条丝线非常遥远，我们看到的是宇宙刚刚诞生 20 亿年时的样子。

暗物质约占宇宙物质总量的 85%，它在很大程度上是不可见的--它不会发射、吸收或反射光线。 相反，只有通过它对星系和其他宇宙结构的引力影响才能探测到它的存在。 暗物质在塑造宇宙大尺度结构方面起着关键作用，是宇宙网的主干。 科学家们一直在利用模拟和引力透镜技术研究这个网络，以便更好地了解暗物质及其在宇宙演化过程中的关键作用。

一个名为MACS-J0417.5-1154的巨大星系团正在扭曲和变形其背后星系的外观，这种效应被称为引力透镜效应。 这种自然现象会放大遥远的星系，也会让它们在图像中出现多次，就像美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜在这里看到的那样。 两个遥远的、相互作用的星系--一个正面的螺旋星系和一个从侧面看到的尘土飞扬的红色星系--多次出现，在天空中勾勒出一个熟悉的形状。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Vicente Estrada-Carpenter（圣玛丽大学）

天文学家在研究宇宙网时面临的最大挑战之一是，气体主要是通过吸收来自更遥远天体的光线而被探测到的。 然而，这些研究结果并不能帮助我们了解气体在网中的分布情况。 以宇宙中最常见的元素氢为重点的研究只能从非常微弱的光芒中探测到氢，因此以前绘制氢分布图的尝试都失败了。

这篇新论文是由米兰比可卡大学科学家领导的研究小组发表的，其中包括马克斯-普朗克天体物理研究所的成员。 研究小组使用了智利欧洲南方天文台超大望远镜上的多单元光谱探测器（MUSE）。 该仪器旨在通过同时结合数千个波长的图像和光谱观测来捕捉天体的三维数据。 即使拥有 MUSE 的强大功能，研究小组也需要捕捉数百小时的数据，才能充分揭示宇宙网细丝的细节。

欧洲南方天文台的甚大望远镜由四个单元望远镜（UT）和四个辅助望远镜（AT）组成。 这里看到的是其中一个 UT 正在发射四台激光器，这些激光器对望远镜的自适应光学系统至关重要。 在UT的右侧是两个自适应光学系统，这些较小的望远镜是可移动的，与其他望远镜协同工作，形成一个独特而强大的宇宙观测工具。 图片来源：ESO/A. Ghizzi Panizza

该研究小组由米兰比可卡大学的博士生达维德-托尔诺蒂（Davide Tornotti）领导，他们利用 MUSE 研究了一条长达 300 万光年的细丝。 这条细丝连接着两个星系，每个星系的核心深处都有一个超大质量黑洞。 他们展示了一种绘制星系间细丝的新方法，有助于进一步了解星系的形成和宇宙的演化。

在开始收集数据之前，研究小组根据当前的宇宙模型，对细丝的发射进行了模拟。 然后，他们对结果进行了比较，发现两者非常相似。 这一发现有助于我们了解宇宙网中的星系是如何得到燃料的，但研究小组断言，他们仍然需要更多的数据。 随着技术的不断重复，更多的结构正在被发现，目标是最终揭示气体是如何在宇宙网中分布的。

改编自今日宇宙上最初发表的一篇文章。

DOI: 10.1038/s41550-024-02463-w