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92亿光年外发现33亿光年长的宇宙巨弧,天文学家不该存在

  引力在宇宙中起到了主宰作用,这种力可以把千亿颗的恒星束缚在一起,形成直径达到数万至数十万光年的星系。同样地,星系也会受到引力的束缚,成千上万个星系又能构成巨大的超星系团,跨度可达数亿光年,例如,我们所在的银河系与其他十几万个星系构成了拉尼亚凯亚超星系团,范围可达5.2亿光年。
  除了超星系团之外,天文学家还在宇宙中发现了更大的结构,包括宇宙纤维状结构、宇宙长城,它们的跨度可达数十亿光年。近日,天文学家又发现了一种新的宇宙结构,颠覆了人类对宇宙的认知。
  根据美国天文学会的简报,天文学家在92亿光年之外发现了长达33亿光年的宇宙巨物,它被称为"巨弧"。要知道,整个可观测宇宙的直径也只有930亿光年,巨弧的长度相当于可观测宇宙直径的二十八分之一。这个宇宙巨弧大到难以想象的程度,以至于发现它的天文学家也难以相信。如何探测到宇宙巨弧?
  在早期宇宙中,星系中的星云还没有大量形成恒星,所以那时星系中有着丰富的气体云。星系中心很早就出现了超大质量黑洞,它们不断吞噬星云,用极端的引力作用来加热气体,从而形成一个亮度极高的吸积盘,这就是类星体。类星体能够辐射出巨大的能量,最亮甚至可以超过整个银河系亮度的几千倍。
  由于光速是有限的,从遥远宇宙传来的光需要耗费漫长的时间才能来到地球上,这意味着我们看得越远,所看到的时间就越古老。当我们望向宇宙深处时,就能看到早期宇宙中的类星体。
  在如今的宇宙中,随着恒星的不断诞生,气体云已经被消耗掉不少,所以星系中心的超大质量黑洞陷入沉寂,不会出现类星体。在银河系及其邻近星系中,都没有发现活动星系核,类星体都在遥远的宇宙中。
  天文学家研究了遥远宇宙中的4万个类星体,它们发出的光穿过92亿光年外的某些物质时,将会被其中的元素吸收。通过分析原子吸收的类星体光谱特征,天文学家发现了跨度可达33亿光年的宇宙巨弧结构。这个结构肉眼是看不见的,如果它能在夜空中看到,其跨度将相当于满月宽度的20倍。宇宙巨弧是什么?
  所谓的宇宙巨弧其实是由大量的星系排列而成,但它的结构之大远超天文学家的想象,以致于被认为不可能存在。牛津大学的天体物理学家苏比尔·萨卡尔(Subir Sarkar)表示,如果遥远宇宙的巨弧被证实存在,这是一个非常大的问题。
  现代宇宙学认为,宇宙在大尺度上是均匀的。虽然星系聚集着大量的物质,星系之间有着巨大的空旷空间,但从10亿光年的尺度来看宇宙时,物质在宇宙中的分布是非常均匀的。
  新发现的宇宙巨弧比理论阈值高出了3倍,这样的结构在现代宇宙学中是不应该存在的。但天文学家对观测数据进行反复检验,结果表明宇宙巨弧只是统计巧合的概率还不到千万分之三,这意味着该结构极有可能是真实存在的。
  另据《自然天文学》(Nature Astronomy)刊载的一项新研究[1],天文学家还发现了宇宙中最大的旋转结构。星系排列成一股"宇宙绳",长度可达1.6亿至2.6亿光年,其中的星系会绕着中心轴转动,最快速度高达100公里/秒。这样巨大的旋转结构也是天文学家未曾想到过的。
  总之,无论是宇宙巨弧,还是宇宙巨型旋转结构,它们的存在都表明宇宙要比人类想象中的更加深奥,我们目前的宇宙学理论还是有缺陷的,无法解释并预言这些结构的存在。
  参考文献
  [1] Peng Wang, Noam I. Libeskind, Elmo Tempel, et al. Possible observational evidence for cosmic filament spin, Nature Astronomy, 2021, DOI: 10.1038/s41550-021-01380-6.

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