在可能的最大尺度上,宇宙就像一只难以想象的大蜘蛛编织的光网。现在,天文学家在深邃、黑暗、遥远的宇宙中探测到了这些宇宙网丝发出的非常微弱的光。在我们大多数人的印象中,宇宙可能是由星系和恒星组成的一个庞大的群体,或多或少地随机散布在太空中,但如果把它放大到足够远的距离,它实际上就会呈现出一个巨大的网状结构。
星系往往聚集在这张网的交界处,由绵延数百万光年的气体丝连接起来。这些细丝之间的空隙是太空中令人匪夷所思的空洞。
2015 年,加州理工学院的天文学家利用凯克宇宙网成像仪(KCWI)捕捉到了遥远宇宙中宇宙网的图像。然而,该研究小组能够看到非常微弱的细丝的唯一途径是借助附近类星体的光线。在一项新的研究中,研究小组成功地直接拍摄到了来自细丝本身的光线图像。
该研究的第一作者克里斯托弗-马丁(Christopher Martin)说:"在这项最新发现之前,我们看到的是灯柱下的丝状结构。"现在,我们不用灯也能看到它们了。"
在新的研究中,研究小组使用新的方法过滤掉了背景光,比如来自我们大气层、太阳系和银河系的光,从而成功地对更暗的结构进行了成像。
马丁解释说:"我们观察了两片不同的天空,A 和 B。丝状结构在两个方向上的距离是不同的,所以你可以从 B 图像中提取背景光,然后从 A 图像中减去,反之亦然,只留下丝状结构。我在 2019 年对此进行了详细模拟,以说服自己这种方法可行。"
在这项技术的帮助下,KCWI 能够捕捉到光谱中最强的发射线--氢气--的光,这些光来自位于 100 亿至 120 亿光年外的宇宙网区域中的这些细丝。这段特殊的细丝潜伏在宇宙中一个较暗的角落,离星系团、类星体或其他光源较远,通常情况下它会隐藏在那里。
由于宇宙的膨胀会使光线向光谱的红色一端移动,因此来自更遥远天体的光信号会比那些离我们更近的天体显得更红。有鉴于此,研究小组能够从 KCWI 获取二维图像,根据可见光的波长将它们分开,然后将它们叠加在一起,生成宇宙之网遥远部分的三维图像。其他研究最近也利用哈勃的超深场巡天拍摄到了宇宙网细丝的微弱光芒。
天文学家分辨这些细丝的能力也将不断提高。KCWI 最近升级了一个新组件,可以看到光谱中波长较长的部分--较红的部分--这基本上可以让它在空间和时间上看得更远。
该项目的高级仪器科学家马特乌斯-马图谢夫斯基(Mateusz Matuszewski)说:"有了 KCRM(KCWI 新部署的红色通道),我们就能看到更远的过去。我们对这一新工具将帮助我们了解更遥远的细丝以及第一批恒星和黑洞形成的时代感到非常兴奋。"
这项研究发表在《自然-天文学》杂志上。在下面的视频中可以看到一大块宇宙网丝的三维图像。