宇宙中发现迄今最大旋转结构之一：1400万光年“刀锋”星系长丝现身

天文学家近日报告称，他们在距离地球约1.4亿光年的位置，发现了一条由氢气丰富星系组成的“刀锋般纤细”星系长丝，并证实这一结构整体正在旋转，被认为是迄今发现的最大旋转结构之一。该研究发表在《皇家天文学会月刊》，有望为早期宇宙中星系如何形成和获得自转提供重要线索。

宇宙中的“宇宙网”由巨大的暗物质和星系细丝构成，这些宇宙长丝既是结构骨架，也像“高速公路”，为星系输送物质和动量。研究团队指出，就近空间中那些包含大量同向旋转星系的长丝，特别适合用来研究星系是如何从更大尺度结构中“接盘”自转和气体的，也可以检验现有关于宇宙大尺度旋转如何在数千万光年尺度上逐步积累的理论。

此次观测中，团队发现了14个富含中性氢气体的邻近星系，它们几乎排成一线，形成一条长度约550万光年、宽度仅约11.7万光年的极薄长丝。这条“细丝”嵌入在一个规模更大的宇宙长丝中，后者包含超过280个星系，总长度约5000万光年。观测显示，其中有相当多星系的自转方向与整条长丝的旋转方向一致，远高于随机分布情况下的预期，这对现有理论构成挑战，暗示宇宙大尺度结构对星系自转的影响可能更强、持续时间更长。

科研人员还发现，位于长丝“主脊”两侧的星系呈现出反向运动的特征，表明整个结构在整体自转。通过长丝动力学模型推算，他们给出了约每秒110公里的旋转速度，并估算出长丝致密中心区域的半径约为5万秒差距（约16.3万光年）。研究团队形象地将这一现象比作游乐园中的“旋转茶杯”：每个星系就像一只自转的茶杯，而承载它们的平台——宇宙长丝本身也在旋转，这种“双重旋转”为理解星系如何从其所处大尺度结构中获得自转提供了难得的窗口。

从动力学特征看，这条星系长丝似乎仍然年轻且相对“未受扰动”。大量富氢星系的存在以及内部运动幅度较低，显示其处于所谓“动力学冷”状态，可能仍处在演化早期阶段。由于氢气是恒星形成的原料，富氢星系往往意味着这些星系仍在积极吸积或保留形成恒星所需的“燃料”，因此为研究星系形成和演化的早期或进行时阶段提供了理想样本。

中性氢气体对运动扰动极为敏感，因此富氢星系也是追踪宇宙长丝中气体流动的优秀“示踪器”。通过观测氢气分布和运动，科研人员可以更清楚地看到气体如何沿长丝被“输送”进星系，从而推断角动量如何在宇宙网中传递，进而影响星系的结构、自转以及恒星形成效率。这一成果也被寄望于为未来的宇宙学弱引力透镜观测提供参考，因为星系本身的固有形状和取向会对相关测量造成“本征对齐”污染，需要在模型中加以刻画和校正。

这项工作使用了位于南非、由64面互联射电天线组成的MeerKAT射电望远镜的数据，该设备是当今最强大的射电望远镜之一。研究团队在名为MIGHTEE的深空巡天项目中识别出这条旋转长丝，并结合暗能量光谱仪（DESI）和斯隆数字巡天（SDSS）的光学观测，确认其既存在星系自转方向的整体对齐，又呈现大尺度整体旋转。研究负责人之一表示，这条长丝就像一份“宇宙流动的化石记录”，帮助人们追溯星系如何在漫长宇宙历史中积累自转并逐步成长。