宇宙细丝的首张直接图像揭示了其中隐藏的"高速公路"

根据当前的宇宙学模型，利用超级计算机模拟宇宙的一个巨大区域。 在图像中，白色显示的是宇宙细丝内气体的微弱光芒，形成了一个密集的宇宙网。 在这些细丝的交汇处，星系内的气体以红色突出显示，这些气体为新恒星的形成提供了燃料。 图片来源：Alejandro Benitez-Llambay/Universität Mailand-Bicocca/MPA

星系际空间中的物质排列在一个由相互连接的细丝组成的巨大网络中，这个网络被称为宇宙网。 现在，经过数百小时的观测，一个国际研究小组捕捉到了这些宇宙细丝之一的有史以来最清晰的图像。 这条丝线连接着两个正在积极形成的星系，其历史可以追溯到宇宙只有大约 20 亿年的时候。

暗物质约占宇宙中所有物质的 85%，在塑造宇宙结构方面起着至关重要的作用。 在万有引力的影响下，它形成了庞大而复杂的丝状网络。 在这些细丝的交汇处，最亮的星系逐渐成形。 这张宇宙网是宇宙的主干，它引导着气体的流动，为星系中恒星的形成提供动力。 研究这种气体是如何流动和相互作用的，可以极大地提高我们对星系如何形成和演化的认识。

然而，直接观测这种星系间气体极其困难。 科学家们主要是通过间接方式来探测它--测量它是如何吸收来自遥远明亮天体的光线的。 这些观测虽然很有价值，但并不能清楚地揭示气体是如何分布的。 即使是宇宙中最丰富的元素--氢，也只能发出非常微弱的光，因此上一代望远镜几乎不可能探测到这种难以捉摸的气体。

图片显示的是连接两个星系（黄色恒星）的宇宙长丝中包含的弥漫气体（由黄到紫），其延伸距离长达 300 万光年。 图片来源：Davide Tornotti/米兰比可卡大学

在这项新研究中，由米兰比可卡大学研究人员领导的一个国际团队，包括马克斯-普朗克天体物理研究所（MPA）的科学家，利用安装在智利欧洲南方天文台甚大望远镜上的创新摄谱仪 MUSE（多单元光谱探测器），获得了一幅前所未有的宇宙细丝高清图像。

即使拥有这台精密仪器的先进功能，研究小组也必须在天空的一个区域内开展有史以来最雄心勃勃的 MUSE 观测活动之一，在数百个小时内获取数据，才能探测到具有高度重要性的细丝。

这项研究由米兰比可卡大学（University of Milano-Bicocca）博士生达维德-托尔诺蒂（Davide Tornotti）领导，他利用这些超灵敏数据绘制出了迄今为止最清晰的宇宙线图像，该宇宙线横跨300万光年，连接两个星系，每个星系都有一个活跃的超大质量黑洞。 这一发现最近发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上，为直接制约星系纤丝内的气体特性以及完善我们对星系形成和演化的认识开辟了新的途径。

在描述宇宙大尺度气体分布的超级计算机模拟中看到的在 MUDF 中观测到的宇宙细丝的孪生体。 紫色显示的是在宇宙网中流动的气体，它们在丝状交汇处促进了星系的形成。 图片来源：Davide Tornotti/米兰比可卡大学/MPA

达维德-托尔诺蒂（Davide Tornotti）解释说："通过捕捉这条细丝发出的微弱光线，我们能够精确地描述出它的形状。通过直接测量，我们第一次可以追溯星系中的气体与宇宙网所含物质之间的边界。 研究人员利用MPA运行的超级计算机模拟宇宙，计算出了在当前宇宙学模型下预期的丝状发射预测。与新的宇宙网高清图像相比，我们发现目前的理论与观测结果基本一致。"

这一发现以及与超级计算机模拟结果令人鼓舞的一致，是了解星系周围微弱气体环境的关键，并为确定星系的燃料供应开辟了新的可能性。

参与这项研究的 MPA 职员科学家 Fabrizio Arrigoni Battaia 总结说："这次对宇宙细丝的直接、高清晰度观测令我们激动不已。 但正如巴伐利亚人所说：'Eine ist keine' - 一个不算数。 因此，我们正在进一步收集数据，以发现更多这样的结构，最终目标是全面了解气体在宇宙网络中的分布和流动情况。"

编译自/ScitechDaily