被称为宇宙巨型结构的“宇宙长城”是什么?能否科普一下?

科学边缘


神秘论和阴谋论说:我们所在的宇宙只是高等智慧文明模拟出的世界,这“宇宙长城”就是边界,穿过这里就能打破真相。真的是这样的吗?在科学上这个“宇宙长城”到底有什么特殊之处?

要知道宇宙长城的本质和其特殊之处,我们还得耐点性子从恒星系统出发从小到大顺藤摸瓜!

先来从小到大排个队吧,你要是等不及了,就直接看本文的最后一部分吧!

恒星系统

拿我们自己对号入座的话就是:

太 阳 系

一个比一个大,简单明了对吧?

恒星系统太阳系这么熟就不说了,直接下一个:

1、星系(Galaxy):由恒星、恒星残留物、星际气体、尘埃和暗物质组成的引力束缚系统。通俗点讲就是恒星的集合体,通常的直径3000到30万光年不等。

这幅银河系的全景拍摄于智利北部的帕拉纳尔天文台,正前方明亮的物体是木星,左边是麦哲伦星云

来自NASA官网的银河系艺术加工图,我们的太阳位于银河系的猎户座旋臂,这个悬臂较小,夹在英仙座旋臂和盾牌半人马座旋臂这两个大旋臂之间,距银河系核心约2.7万光年。

我们的银河系是一个典型的螺旋星系,大约有1000-4000亿颗恒星,直径大约15-20万光年。

这星系看着就够大的了,用光年来作为计量单位都嫌小了,所以天文学家们又弄了个更大的距离计量单位:秒差距(以下简称秒)。

2、星系群(Galaxy group):通俗点讲就是星系的最小集合体,通常有50个左右的星系组成,星系群的直径通常在1~2兆秒(一兆秒等于327万光年)。

银河系所在的本星系群有54个星系,直径约三兆秒,980万光年。

3、星系团(Galaxy cluster):比星系群大,通常含有100到1000个星系,直径2-10兆秒(654-3270万光年)到。如此之大的结构,仅靠可见物质的引力是无法将其束缚在一起的,因此暗物质占了90%。

上图是我们银河系本星系群所处的室女座星系团,直径16.5兆秒(5396万光年),大约包含1300个星系。

4、超星系团(Supercluster):由若干个星系群、星系团组成,直径从几亿光年到100亿光年之间不等。

我们银河系所处的室女超星系团(注意加了一个“超”),包含47,000个星系,直径33兆秒(11亿光年)。

再后来,科学家们发现室女超星系团也不是单独存在的,而是包含在一个更大的超星系团--“拉尼亚凯亚”超星系团里的,直径约在159兆秒(5.2亿光年)

科学家们用计算机模拟的“拉尼亚凯亚”超星系团(摘自《自然》(Nature)杂志视频的静止图像),其中银河系的位置显示为红点

也许你会问,这么多星系在一起,这么大的尺度,凭啥你就说他们是在一起的呢?天文学家判定的依据仍然是:他们有着共同的引力中心,“拉尼亚凯亚”超星系团的引力中心被称为

“巨引源”

但在这个大尺度下,暗能量会占据主导地位,天文学家们预计,“拉尼亚凯亚”超星系团最终会被暗能量撕裂。

伟大的终结

室女超星系团的团块状结构

Romanesco西兰花具有分形结构。

是否注意到了我们的宇宙在一定尺度上是具有分型结构的,就像一个俄罗斯套娃一样,从我们的太阳系开始,就呈现出一种团块状的结构,把太阳系所在的银河系也是如此,再往后是室女超星系团,这种套娃一样的结构会一直延续到整个宇宙吗?

答案是否定的,

根据天文学家的观测和推算,再往大了跑,到达100-200兆秒(约3.27-6.54亿光年)以上的尺度,这种类似分型和套娃的结构就慢慢消失了,宇宙呈现出了一种均匀化和各向同性,这种现象被称为“伟大的终结”(End of Greatness)

宇宙长城

超星系团也有大小,而那些超大尺度的超星系团有的就被称为“宇宙长城”,它与"超星系团复合体"、“宇宙薄片”一同被归类为“宇宙纤维”。

1

最大个的!

武仙-北冕座长城(Hercules-Corona Borealis Great Wall)是目前可观测宇宙中已知的最大结构,包含数十亿个星系,长度约为100亿光年,宽度约72亿光年。

如此大尺度的结构是如何发现的呢?答案就是伽马射线暴,这是宇宙当中最亮的光源,通常是由大质量恒星走向生命终结时爆炸产生的,也称超新星爆发,而这种光源可以作为研究大尺度空间结构的示踪剂。2013年,来自美国和匈牙利的伊斯特·霍瓦斯(Istvan Horvath)等三位天文学家,通过分析记录的186个伽马射线暴样本集中度而确定的。

如此之大,以至于实在找不到一个好看准确的图片!(也本就不该有合理的艺术图片的,实在是太大了),上图是对伽马射线暴的观测结果。

有趣的是,这帮天文学家挺谨慎的,没有给他命名,武仙-北冕座长城这个名字还是一位菲律宾人在维基网站上命名的,后来也就这样定下来了,一直被媒体沿用至今。其实这个长城只是与武仙座和北冕座接壤,但比他们俩都大的大的大的多。所以对于这个名字,天文学家们当然是不满意的,他们在后来的论文里更愿意称它为“大伽马射线暴长城”(The Great GRB Wall )。

而且,这个“大伽马射线暴长城”也不是像它名字所表达的那样长长的,而是圆圆的,类似于星系团的结构。

2

神秘在哪?特殊在哪呢?

宇宙长城本质是就是一种超大尺度的超星系团,它与复合超星系团、星系薄片被共同归类为星系纤维,而在他们之间的空隙被称为空虚(void)。

但它们与几光年尺度的超星系团主要的不同在于:像武仙-北冕座长城这样的超大尺度结构违背了宇宙暴涨理论所预测的最大结构,该理论预测宇宙的大尺度结构极限为12亿光年,同时也是对之前“伟大的终结”观测推论的一次彻底终结。

同时更加令人困惑的是,根据目前的理论,宇宙的年龄约138亿年,但这一巨型结构距离我们大约在161.74光年(除去红移量,也就是说这些光是在100亿年发出的),而这说明它是在宇宙诞生之后38亿年形成的,但当前的宇宙演化模型不允许这么短的时间内形成这样的结构,这一矛盾意味着:要么是观测还有待进一步修正,要么我们的宇宙比我们想象的还要古老。目前对于此事还无定论。

但不管怎么样,你现在终于有了一个基本的导航图了!星辰大海,我们来了!

以我们自己为中心,5亿光年以内的宇宙地图,这下不会迷路了吧?

one more thing!

排名第二的长城叫“巨型伽马射线暴环”(Giant GRB Ring),距离地球91亿光年,直径56亿光年。

参考:维基及相关引用


科学剃刀


地球以及地球所在的太阳系,在宇宙中不过是一粒尘埃


由数千亿颗恒星构成的银河系,也仅仅是可观测宇宙内,数万亿个星系的之一罢了,在现阶段天文学的最前沿,包括银河系在内,至少拥有10万个星系的拉尼亚凯亚超星系团,也仅仅是“宇宙大尺度结构”中的基本单位,在它之上还有一种被称为“宇宙长城”的超巨型结构,若干条宇宙长城组成的宇宙网,就是目前人类天文学的最前沿。

1989年,天文学家盖勒和修兹劳,在根据以往巡天数据整理星系分布时,发现数据里的一万五千个星系,在大尺度上不再均匀,反而开始连接成条状结构,这个条状结构是天文学界发现的第一条宇宙长城。



它长五亿光年,宽三亿光年,厚度一千五百万光年,距离银河系两亿光年,后来被称为CfA2长城,也叫北方长城和后发座长城,截至目前它依然是人类在宇宙中发现过的,第三大超结构。

2003年,天文学家根据史隆数位巡天的数据,发现了迄今为止宇宙中第二大的超结构,该超结构被命名为史隆长城,远在10亿光年之外,长度为13.8亿光年,远超1989年发现的北方长城。


目前可以肯定的是,我们的银河系也存在于某一条宇宙长城中,但有关该长城的数据,却是天文学家们不得而知的,因为身处银河系内的我们,暂时无法透过“隐匿带”去观测“本长城”的延伸方向。

2013年11月,费米伽马射线空间望远镜,在绘制伽马射线暴分布图时,发现有多达14个伽马射线暴,都发生在某一小片宇宙区域中,在确认数据不存在偏差后,天文学家意识到该区域肯定存在数百万个星系。

而这数百万个星系组成的结构体,就是目前宇宙中最大的单一结构“武仙-北冕座长城”,距离地球100亿光年的它,长度也达到了100亿光年,要知道,可观测宇宙的直径也才930亿光年而已。

目前,武仙-北冕座长城的形成与演化,依然是天文学界的一大难题,因为100亿光年外的它,最早也只能诞生于大爆炸后38.2亿年,但根据现有宇宙学模型,在物质尚不丰富早期宇宙中,是不应该形成武仙-北冕座长城,这样的巨型复杂结构的。

组成可观测宇宙的超级结构,除了宇宙长城,还有宇宙空洞

暗能量在宇宙学模型中的比重为68.3%,而宇宙网状结构中的空洞,就是暗能量的聚集地,一个典型的空洞,直径在千万光年到数亿光年不等,其广阔的空间范围内,有时甚至连一个星系都没有,可以说宇宙空洞,就是可观测宇宙内最孤独的地方。



在银河系所处的室女座超星系团的旁边,就有一个“南方本超空洞”,它所占有的空间体积为银河系的6000亿倍,但其内空无一物。

如果银河系位于该空洞中心的话,人类的天文学在相当长一段时间内,都会认为“宇宙”中只有银河系这一个星系。


宇宙观察


“”宇宙长城”,顾名思意就是由很多很多星系推积而成像长城一样的长条形星系集合体。宇宙是由很多像太阳系一样的星系组成,而在某些区域里,会有许许多多的星系成群出现在该区域,它们之间是彼此独立的,但是从远距离观测,会发现这些星系组成的图形从尺度结构上来看与中国的万里长城很像,是一条长长的星系链。据科学家推测,宇宙长城最长可达100亿光年。


飘香一剑


所谓的宇宙长城并不是某个星系,而是一大群星系的集合。星系有成群出现的现象,这叫星系群,而星系群也有成群出现的现象,叫做超星系团。例如我们的银河系就属于本星系群,本星系群是本超星系团的成员之一。通过观测发现,宇宙中的大量星系都集中在一些特定的区域上,在这种极大的尺度结构上看去就象是长长的链条,由星系构成的条带状结构。这个结构长约7.6亿光年,宽达2 亿光年,而厚度为1500万光年,隐然就是一条不规则的薄带子的样子。天文学家们形象地称呼它为“长城”,后来就被人称为“格勒-赫伽瑞长城”。 也叫宇宙长城!


布加迪43


宇宙长城是目前我们所知的最大的宇宙天体结构。

之所以称之为长城,是因为外观成丝状。

这个丝状结构有无数个星系群组成,每个星系群(如我们所在的本星系群)由大量星系(如银河系)组成。

目前发现的宇宙长城有三个:

史隆长城,距离地球10亿光年,长达13.7亿光年;

北冕座长城,距离地球100亿光年,长度达100亿光年;

CfA2长城,距离地球2亿光年,长度大5亿光年。


分享到:


相關文章: