星系间的‘龙卷风’揭示宇宙中最长旋转结构的奥秘

一组天文学家在研究附近空间中星系的分布时发现了一些真正非凡的东西：一条巨大的星系绳，扭曲着，仿佛被卷入了一场缓慢的宇宙龙卷风。

它的长度至少为4900万光年——代表了已知的最长旋转细丝，这是一个巨大的涡旋状的宇宙网。

这是我们见过的最大旋转结构之一，记录了宇宙网如何塑造宇宙，甚至在填充它的星系上留下印记。

“这个结构之所以特别，不仅在于它的大小，还在于旋转对齐和旋转运动的结合，”英国牛津大学的物理学家Lyla Jung说。

“可以把它比作主题公园里的茶杯旋转游乐设施。每个星系就像一个旋转的茶杯，但整个平台——宇宙细丝——也在旋转。这种双重运动让我们罕见地洞察到星系是如何从它们所处的更大结构中获得旋转的。”

宇宙网其实是宇宙的隐形支柱——一个由无数暗物质丝状物组成的庞大复杂网络，重力将宇宙紧密联系在一起，并控制星系的分布和运动。

它的丝状物就像宇宙中的高速公路，星系在其上聚集和移动；研究它可以揭示宇宙的广阔和总体结构，提供了关于宇宙如何相互联系的信息，以及它是如何演化的，从大爆炸后的最初时刻起。

在约翰和她的共同负责人马达琳娜·图多拉切的带领下，研究团队首次在南非使用MEERKat射电望远镜的观测中发现了这一特定的丝状物，作为MIGHTEE天空调查项目的一部分。

在距今约4.4亿光年远的地方——在宇宙尺度上不过是一次小小的跳跃，他们发现了14个表现得很奇怪的星系。它们似乎排列成一条奇特而笔直的细线，宽约117,000光年，长约550万光年，而且有太多星系朝同一方向排列，这种情况无法归因于偶然。

这显然需要进一步研究。研究人员转向了由斯隆数字天空调查收集的数据，该调查在光学和红外方面覆盖了更广的视野范围，以及暗能量光谱仪（DESI）调查，该调查收集了光学、红外和紫外线的观测数据。

从这些数据中，他们在相同的距离上识别出了另外283个星系，沿着相同的直线配置。更重要的是，这些新星系也显示出沿着细丝长度的轴向排列的相同趋势。

在太空中，事物不会以如此明确的结构聚集，除非有某种东西在影响它们这样做。在这种情况下，宇宙细丝显然是最有可能的候选者——而且是一个令人兴奋的候选者，因为由看不见的暗物质构成的大规模结构可不是那么容易被看到或定义。

当研究人员研究这些星系的 红移时，情况变得更加有趣。在这个细丝的一侧，来自星系的光向电磁谱的蓝端偏移，这与光波长在源朝向观察者移动时被压缩的现象一致。

而在对面一侧的星系，光则向红色一侧拉长，这发生在源远离时。

这明显表明整个结构正在旋转。研究人员甚至可以模拟出速度，大约是每秒110公里（68英里），与银河系和仙女座星系相互靠近的速度是一样的。

这种现象与关于潮汐扭矩理论的预测完美匹配，该模型提出早期宇宙的引力场中的不对称性将角动量转移到形成宇宙网络的细丝上——使它们获得良好的旋转。

细丝中弥散的冷中性氢气以及星系丰富的氢含量表明，这些细丝可以为星系提供它们生长和形成恒星所需的燃料。

此外，星系沿细丝的排列表明，宇宙网络细丝可以将角动量转移到星系——这一发现可能有助于我们更好地理解星系是如何获得旋转的。

如果你查看宇宙的深场图像，星系似乎相对随机地分散且没有连接。这一巨型细丝的发现表明，不仅一切比看起来更为相连，而且巨大的、看不见的结构可能会产生很大的影响，这种影响在我们仔细观察之前似乎是看不见的。

“我们发现这些星系在细丝的主干周围显示出明显的旋转证据——这使它成为迄今为止发现的最长旋转结构，”研究人员在他们的论文中写道。