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真相大白,宇宙暗網到底有多黑?


也許你並不知道,我們的宇宙是靠一張暗網才得以維系的。現在,我們終於可以看到它了。

我們的宇宙中密布著一個巨大而無形的暗網,它的卷須在太空中蜿蜒交錯。盡管這個暗網把我們在太空中看到的物質安排得明明白白,但我們卻看不見它。那是因為,它是由暗物質組成的。暗物質能夠產生引力,但它卻是透明的並且也不會發光。

就在最近,宇宙中這一最黑暗角落的圖景,終於被研究人員首次描繪了出來。 

暗網起源

很久以前,宇宙比現在更熱,更小,更稠密。因此總的來說,它也更無聊。各處的密度變化不大,當然空間整體上更加局促。在年輕的宇宙中,無論你走到哪裏,情況幾乎都是一樣的。

但是早期的宇宙在密度上仍然存在微小的隨機差異。有些團塊的引力比周圍的引力略強,因此物質就會「流」入其中。這又讓它們產生了更大的引力,吸引了更多的物質,使它們變得更大更重。如此一來,曆經上百億年,團塊之間的空間被逐漸排空。

在整個宇宙的演化過程中,富人越來越富,窮人越來越窮。最終,稠密的團塊成長為第一批恒星、星系和星團,而它們之間的空間則變成了巨大的宇宙空洞。

如今,這個龐大的「建築項目」已耗時138億年,但並未完工。仍有物質從空洞中「流」出,加入星系群。而這些星系群則匯聚成為物質富集的星團。今天,我們擁有的是一個龐大而複雜的物質細絲結構的網絡:宇宙網。

黑暗之光

我們宇宙中的絕大多數物質都是暗物質。但暗物質不會與光或任何「正常的」物質發生相互作用,包括恒星、氣體雲或者任何你認為有趣的物質。因此宇宙暗網的絕大部分對我們而言都不可見。不過幸運的是,在暗物質聚集的地方,還夾帶有一些普通物質。

在物質稠密區域裏,暗物質的微妙引力吸引了足夠多的物質向其聚結。在那裏我們便看到了光,也就是普通物質轉化而成的繁星。

就像黑夜裏遙遠海岸上的燈塔一樣,恒星和星系告訴我們隱藏的暗物質潛伏在哪裏,並以鬼魅般的筆觸為我們描繪了宇宙暗網的真實結構。

通過這種間接的方式,我們可以輕松地看到這些巨大的宇宙結構。它們像從夜航飛機上看到的巨型城市一樣璀璨醒目。我們確信這些結構中存在大量暗物質,因為只有巨大的引力才能將如此之多的星系聚集在一起。

另一方面,我們可以輕松地發現圖景中的空洞,那裏沒有任何物質。因為沒有星系照亮這些空間,所以它們大體上算是真空的。

但是宇宙暗網的宏偉之處在於細膩的細絲紋路。這些細長的星系綿延數百萬光年,就像一條巨大的宇宙高速公路,穿越黑色的空洞,連接著明亮的城市群。

初露崢嶸

宇宙暗網中的那些細絲是最難研究的部分。那裏有一些星系,但不是很多。這些細絲或長或短,並且朝著不同的方向。相比之下,研究星團和空洞簡直就像是做中學幾何題一樣簡單。盡管通過計算機模擬,我們早在數十年前就已知道了細絲結構的存在,但還是無法真正地看到它們。

不過最近,一組天文學家在宇宙暗網的測繪上取得了重大進展,其結果於1月29日發布到arXiv數據庫中。論文編號2001.10943,第一作者Tianyi

首先,他們從重子振蕩光譜調查(BOSS)項目中獲得了一個被稱為發光紅色星系(LRG)的星表。LRG是星系裏的重型巨獸,它們一般會坐落在密集的暗物質斑點中心。如果LRG位於最密集的區域,則連接它們的線應由更為纖細的細絲組成。

但是光盯著兩個LRG之間的空間是沒有用的,那裏並沒有什麼東西。因此,該團隊采用了數千對LRG,對其進行了重新排列,然後將它們堆疊在一起以形成合成圖像。

科學家利用這張堆疊的圖像計算了他們所能看到的所有星系,並將它們的總發光量加起來。這樣,研究人員能夠測量LRG之間的細絲組成了多少普通物質。接下來,研究人員研究了細絲後面的星系,特別是它們的形狀。

當這些背景星系發出的光穿過中間的細絲時,這些細絲中暗物質的引力會輕微地改變光線的方向,從而使這些星系的圖像發生了微小的偏移。通過測量偏移量(科學家稱其為「剪切」),該團隊得以估算出細絲中的暗物質含量。

該測量結果符合理論預測,這也是暗物質存在的又一證據。科學家們還證實,這些細絲並不是完全黑暗的:細絲中每351個太陽的質量值,就會有1個太陽的光輸出值。 

這個關於宇宙暗網細絲的測繪目前還有些粗略,但卻是開創性的。並且它明確展示了,盡管宇宙暗網大多是黑暗的,但並非是100%純黑。 所以,你要問宇宙暗網到底有多黑?我可以明確告訴你答案,那就是,很黑。


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