宇宙十大“巨兽”(下)

原标题:另一个宇宙入侵的产物!天文学家:它违背了宇宙学原理

对于渺小的人类而言,宇宙之大,是我们无法想象的,而宇宙中藏着的一些超大体型的“巨兽”,也让我们惊呼:难以置信!现在,让我们接着上一期,继续来看看还有哪些“巨兽”。

根据宇宙学原理,尽管宇宙中存在大量星系、星系团等结构,但在10亿光年的大尺度上,宇宙应该是均一的。然而,陆续涌现的天文学观测却向其提出了挑战。如果宇宙学原理是对的,那么一个惊悚的候选理论是:在更高维度的空间里,另一个宇宙与我们的宇宙相遇,产生了这些横亘几十亿光年的神秘物体。

6、巨大的伽马射线暴环

在星罗密布的星系团间,一个直径20亿光年的巨型空洞;

科学家除了通过伽马射线暴发现武仙-北冕座长城之外,还发现了一个奇特的巨大结构——巨大的伽马射线暴环。伽马射线暴是一种罕见的现象,伽马射线暴呈环状结构分布更是非常罕见,这样一个伽马射线暴环形成的概率只是两万分之一。

由巨大的类星体构成,横亘40亿光年的弦;

该伽马射线暴环位于距离我们大约70亿光年远的区域,在那里科学家观测到了9个脉冲串,这9个脉冲串形成一个跨度超过50亿光年的环。不过,“环”只是从地球上看到的一种视觉效果。那么,真实的情况到底是怎样的呢?

由高能的伽马射线暴构成,占据可观测宇宙6%的巨大的环……

理论上,大型的伽马射线暴环可能是一个超大天体连续爆发的投影,在不到2.5亿年的时间里,这个天体发生了一次又一次耀眼的伽马射线暴,但我们从地球上只能观测到明显的环状结构。如果是这样,那么这个超大天体究竟是什么构成的呢?一种解释是,这个天体可能是存在于星系周围的大量暗物质。科学家在研究中曾经发现,银河系中央暗物质聚集区发射出神秘的伽马射线,因此推测伽马射线暴可能是暗物质相互碰撞产生的。不过这还只是一个理论。研究者们目前还不清楚这种大型的伽马射线暴环是如何形成的。

随着我们对宇宙的观测变得更加清楚,天文学家发现了一系列巨大的结构,它们比我们以前所知的任何天体都要大。关于这些结构的问题只有一个:它们原本都不应存在。

7、巨型莱曼-阿尔法气泡

巨型结构挑战宇宙学原理?

与成熟的星系、星系团等不同,在宇宙的更深处,日本的科学家发现了一个巨大的星系“育婴袋”。这是一个由大量气体、尘埃和星系组成的巨型“气泡”,这种结构被称为“莱曼-阿尔法气泡”,距离我们有115亿光年远。从外形上看,这个气泡散发着绿色的光,其中有3条明显的带状结构,看起来就像一只巨型的绿色水母。而那3条“水母触手”中的星系密度很大——是宇宙中平均星系密度的4倍。更让科学家惊讶的是,这个巨型气泡居然有2亿光年宽。

地球在宇宙中的位置并不特殊。这一观点经哥白尼提出后,已经成了天文学家的基本共识。此后,天文学家该原理的适用范围延伸至整个宇宙:宇宙中没有任何特殊的位置,这也被称作宇宙学原理。在恒星系统、星系和星系团层面上或许有一些不均匀的地方,但是在更大的尺度上,宇宙应该是均一的。宇宙中不应该有星系构成的巨大的墙,不应该有空荡荡的地方,也不应该出现巨大的结构。

科学家推测,这个巨型莱曼-阿尔法气泡诞生于宇宙大爆炸之后20亿年左右,当时的宇宙还处于婴儿期。在那个时期,大质量恒星发生超新星爆发,使周围产生气泡状的气体云,形成莱曼-阿尔法气泡。

因此,最近涌现出的发现搞得天文学家们有点紧张。但是解决方法也同样充满争议。有研究者宣称这些巨大的结构是另一个维度的投影。如果他是对的,我们将能够首次证实,在我们的宇宙之外还有另一个宇宙存在。而且由于这些巨大的结构并不是我们宇宙中的实体,宇宙学原理也依然成立。

而观测过程中科学家还发现,在这个巨型的莱曼-阿尔法气泡中有许多仍处于发育初期的星系,这个结构所散发出的明亮绿色光,正是这些隐藏其间的年轻的星系产生的散射光。他们认为,这个气泡就像一个巨大的“育婴袋”,正在孕育着大量的星系,在遥远的未来,将会有更多的星系从那里诞生。

宇宙中存在特殊区域的想法是为现代宇宙学所不容的。英国朴茨茅斯大学宇宙学家Seshadri
Nadathur说:“自文艺复兴以来,我们所有的工作都是反对这一想法的。”这一观点也使得用广义相对论来解释宇宙演化的任务变得更加复杂。“爱因斯坦方程在宇宙均一的前提下好解多了。”Nadathur说。但至少目前,宇宙学原理还仅仅是一种猜想。没有任何证据表明这是对的,而已有的证据似乎越来越多地反对这一观点。

8、巨型超大类星体群

就拿那个20亿光年宽的巨型空洞来说,它的发现者之一,西班牙巴塞罗那高能物理研究所的András
Kovács说:“那部分宇宙的星系数目比平均值要少10000个。”根据最新的数据,天文学家相信宇宙学原理在大约十亿光年的尺度下一定是对的。在这一尺度下,任意给定区域的物质多少都是相近的。这个巨洞的宽度几乎超过这一界限一倍,看起来十分显眼。Kovács团队称这个洞为超巨洞,并相信这个洞有可能解释宇宙微波背景辐射中巨大的冷斑,一个困扰天文学家十几年的问题。

同样可能会孕育出星系的还有由类星体聚集形成的巨型超大类星体群。类星体是能量极高的活动星系核,它由超大质量黑洞驱动,能量输出可达整个银河系的1000倍。科学家认为,类星体本身很可能是星系演化早期普遍经历的一个阶段。随着星系核心附近“燃料”逐渐耗尽,类星体将会演化成普通的旋涡星系和椭圆星系。通常一个典型的超大类星体群长度约16亿光年,然而,在2013年,科学家却发现了一个狭长的、绵延了40亿光年的巨型超大类星体群,它由73个类星体组成,距离地球90亿光年远。

超巨洞还不算是最大的问题。2012年,英国中央兰开夏大学的Roger
Clowes团队宣布发现了一个40亿光年长的巨大线状结构,比超巨洞还要大一倍多。“我们当时想‘这是什么?’很明显那是非常不寻常的东西。”Clowes说。这一次并不是空间中有一个空洞,而是有的位置异常拥挤。这一结构被称作巨型超大类星体群,包含73个类星体(类星体是指非常遥远,极度明亮的活动星系核)。天文学家在20世纪80年代早期就知道类星体总是聚在一起,但是尺度如此巨大的类星体群还前所未有。

这个巨型超大类星体群的发现其实纯属偶然,科学家是在分析关于斯隆数字巡天项目收集到的数据时发现了它。也可以说这个结构不是科学家直接观测到的,而是推算出来的结构。

图片 1

科学家在确定巨型超大类星体群时采用的是一种被称为“朋友的朋友”的算法。这种算法首先以一个类星体的位置为基础划出一个给定大小(通常是100百万秒差距为直径,1秒差距=3.2616光年)的球体,如果发现其他类星体出现在这个范围内,那么它们就会被认为是“朋友”,同属于同一个类星体集群。以此类推,直到不再有类星体出现在规定范围内,而所有被圈入的类星体就属于同一个类星体群。

图中的黑色圆圈为观测到的巨型超大类星体群。

正是利用了这种算法,科学家推算出了巨型超大类星体群的存在和规模。虽然这种算法没有受到怀疑,但是这个结构是否存在却是有争议,因为它实在太大了。

2015年,匈牙利的天文学研究团队发现了一个巨大的伽马射线暴(GRB)群,伽马射线暴即为由遥远星系发出,能量极高、寿命短暂的能量爆发。发射GRB的星系看起来组成了一个直径达56亿光年的圆环,占据了6%的可观测宇宙。“我们真的没有预料到会发现这么大的结构,”来自匈牙利康科利天文台,领导这项研究的Lajos
Balázs说。这个尺度比宇宙学原理预言的宇宙应该呈现均一结构的尺度还要大五倍。

一些天文学家称巨型超大类星体群是真实存在的,而一些研究人员称他们观测了巨型超大类星体群,发现其中的类星体只不过是随机排列,因此他们认为那些类星体的位置是随机的,而不是任何大型结构的一部分。

宇宙学原理在我们对于宇宙的理解中占据了非常基本的位置,所以这样明显的反例让天文学家和宇宙学家都很不舒服,甚至这些现象的发现者也不例外。谈到构成GRB大环的强烈闪光时,有人认为其周围可能存在其他星系,这些星系的光因为没有GRB而显得没那么亮。这就像一间黑屋子中均匀分布着电灯泡,而如果只有一部分是亮的,你就有可能对灯泡的分布得出错误的结论。“这个大环并不一定违反了宇宙学原理。”
Balázs说。

尽管这个结构的尺寸确实已经大到有点让人难以置信,让科学家们困惑不已,但是现有的证据更倾向于证明巨型超大类星体群真的存在,并且大多数科学家也相信这个结构是存在的。

图片 2

9、超级空洞

图片来源:ESO/M。 Kornmesser

当然,宇宙并不是遍地都是物质,宇宙中更多的地方是空旷无比的。科学家在距离地球30亿光年远的地方就发现了一个横跨18亿光年的超级空洞。这个空洞位于南天星座之一波江星座。在发现这个超级空洞之前,科学家已经知道宇宙中存在空洞,但是如此巨大的尺寸,还是让科学家们困惑不已,他们没想到在宇宙中居然存在这么大的空洞。

重合的宇宙膜

尽管被称为空洞,但是这个区域内并不是完全没有任何物质。在这个超级空洞中,星系密度比其他区域要少30%,其中的“不毛之地”则占整个区域的50%。随着宇宙的膨胀,这个区域中的天体之间的引力也会越来越小,这个区域中空旷的地方会越来越大。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注