天文学家发现了宇宙中已知最大的气体云。这个巨大的星云可能是首次成像的星系、气体和暗物质组成的蛛网状结构中的细丝,这种结构描绘了宇宙的大尺度结构。该团队使用了一个明亮的类星体,它在宇宙不到30亿年时所呈现的样子,照亮了灯塔附近微弱的气体。
来自类星体的光流(一类极亮星系核,被认为是正在经历爆发式增长的黑洞)促使气体中的氢原子发射出一种特征波长的紫外线辐射。随着宇宙膨胀,辐射随后会延伸到更长的波长,变成可见光。加州大学圣克鲁兹分校的天文学家塞巴斯蒂亚诺·坎塔卢波和泽维尔·普罗查斯卡及其同事使用位于夏威夷莫纳克亚火山顶的凯克天文台记录了这种光。凯克的图像显示,气体云长度为460,000秒差距(150万光年),是银河系直径的十倍以上。普罗查斯卡说,这是首次探测到来自“远超星系尺度”的云的辐射。研究人员今天在《自然》杂志上在线描述了这一发现。
荷兰莱顿大学的天文学家乔普·沙耶评论说,这篇论文“报告了一项引人注目的观测结果——有史以来发现的最大的弥散气体云”,他没有参与这项研究。
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在星系形成之前,宇宙包含一种原始的、弥散的物质气体,由普通原子和暗物质组成。根据星系形成的主要模型,引力首先将暗物质集中成晕,这些晕提供了“引力阱”,星系随后在其中合并。然而,模拟反复显示,并非所有物质都会落入这些阱中,相反,一些细桥会保留下来,将星系连接成一个宇宙网(见左图)。
研究人员此前已经发现了由暗物质组成的宇宙网细丝的证据,通过它引力弯曲和增强来自地球后面更遥远星系的光的方式,推断出这种看不见的卷须的质量和形状。
试探性的触须
云延伸的距离远大于暗物质晕可能延伸的距离,这表明它必须在星系之间延伸。普罗查斯卡说,如果云本身是宇宙网的可见细丝,这是最好的解释。
其他可能解释这种巨大云的情况——例如被星系的引力拉伸和撕裂的气体——行不通,因为“云的尺度和质量太大了”,普罗查斯卡补充说。
尽管气体云可能是天文学家探测到的宇宙网的第一个可见细丝,但沙耶表示,这种识别仍然不确定。“作者确实提出了令人信服的证据,表明发射气体延伸到包含明亮类星体的暗晕之外,但这并不一定使其成为大尺度细丝,”他告诫说。
沙耶指出,即使它只是一片巨大的气体云,这一发现也很重要,因为它似乎只有一些星系和类星体被这样的云包围。如果云是细丝,其亮度表明它包含的冷气体比当前宇宙网模拟允许的量多十倍以上。
该团队指出,这种质量不匹配的一种解释是,宇宙网中的气体比预测的聚集得更多,尺度为几千秒差距——这个长度小于模拟可以清楚分辨的尺度。普罗查斯卡指出,这种聚集性对于确定很重要,因为它可能会影响为恒星形成提供燃料的冷气体落入星系的速度。
两台新仪器将很快加入寻找更多巨型气体云的行列。在智利帕拉纳尔的甚大望远镜,多单元光谱探测器预计将于10月开始运行,并将搜寻比普罗查斯卡团队研究的类星体更遥远的类星体周围的云。在凯克天文台,计划于明年安装的宇宙网成像仪将更详细地检查位于离地球更近的类星体周围的云。