位于距离地球1.4亿光年之外的宇宙深处,一个由14个星系组成的旋转结构正在挑战天文学家对宇宙尺度运动的认知。这条长约550万光年、宽约11.7万光年的气体丝状结构,不仅本身在旋转,还带动周围的星系群一同运动,成为迄今观测到的可能最大的旋转天体。这一发表在《皇家天文学会月刊》上的发现,为理解星系如何在宇宙网中形成和演化提供了关键线索。

　　牛津大学天文学家莱拉·荣格带领的研究团队利用南非MeerKAT射电望远镜阵列进行观测时,意外捕捉到了这一不同寻常的现象。MeerKAT由64台相互连接的射电望远镜组成,专门用于探测氢气发出的射电信号。荣格在接受采访时表示,最初的发现本身就令人惊讶,他们注意到一些富含氢的星系以惊人的排列方式在同一距离上发光,像手链上的吊坠一样串联在一起。

　　测量数据显示,这条丝状结构以每秒约110公里的速度旋转,更重要的是,周围的星系也在旋转,且大多数星系的旋转方向与气体丝状物相同。牛津大学天文学家、研究团队成员玛达琳娜·图多拉切指出,这条丝状物可能是天文学家迄今为止发现的最大旋转天体。她补充说,此类结构长期以来在模拟中都有预测,但直到最近才拥有足够灵敏的望远镜来直接探测它们。

　　宇宙网中的动力学机制

　　这一发现揭示了宇宙大尺度结构中一个此前未被充分认识的动力学过程。宇宙网是由无数气体丝状结构相互连接形成的庞大网络,将物质输送到宇宙各处,最终形成相互关联的星系团。上海天文台参与的中德合作项目此前利用斯隆星系巡天数据,首次发现了宇宙大尺度纤维状结构的旋转信号,但此次MeerKAT观测到的结构在尺度和清晰度上都达到了新的高度。

　　研究表明,这种旋转可能通过影响星系自转的速度和方向,在星系形成过程中发挥关键作用。早期宇宙中气体沿着暗物质丝状结构流向星系的过程,已被国际合作项目直接观测到,但具体的角动量传递机制一直是个谜。新发现的旋转丝状结构显示,在宇宙网纤维内部,星系的角动量与大尺度结构紧密相连,这为理解星系如何获得自转提供了直接证据。

　　研究人员推测,随着新一代望远镜不断探索宇宙更深邃的领域,类似的旋转丝状结构将在不久的将来被发现。如果这些细丝在宇宙诞生时已有某种方向性,那么诞生的星系可能会继承这种方向性,导致旋转方向的不对称分布。这个假设可以解释为什么某些区域的星系倾向于朝特定方向旋转,而不是随机分布。

　　值得注意的是,这条丝状结构的宽度比银河系还要宽,但仍然保持着相对细长的形态。通过分析MeerKAT收集到的数据,天文学家发现了星系围绕丝状结构脊柱旋转的强有力证据,这使得新探测到的星系丝成为迄今发现的最长、最大的旋转结构之一。这种旋转不是杂乱无章的,而是表现出高度的组织性,暗示着某种尚未完全理解的物理机制在起作用。

　　观测技术突破与未来展望

　　此次观测数据来自MIGHTEE巡天项目,该项目由牛津大学物理学家马特·贾维斯牵头,目前正在进行中。MeerKAT射电望远镜阵列的高灵敏度使得探测遥远星系中的中性氢成为可能,这些氢气是星系形成的原材料,也是追踪宇宙大尺度结构的理想示踪物。与传统光学望远镜相比,射电望远镜能够穿透尘埃云,探测到那些在可见光波段看不到的结构。

　　研究团队指出,未来的MIGHTEE数据或许能够进一步揭示这条丝状结构的行为细节,或有助于发现其他旋转的宇宙丝状结构。这一发现也可能为即将开展的巡天观测提供信息,例如智利维拉·鲁宾天文台的观测计划。该天文台配备了世界上最大的数字相机之一,将能够对整个南天进行深度成像,有望发现更多类似的结构。

　　从理论角度来看,暗物质在这些旋转结构的形成中扮演着关键角色。根据当今宇宙学的推算,暗物质与气体的初始不均匀分布会因重力随时间演化,形成大尺度的宇宙网结构。当暗物质结构晕达到一定质量时,就会开始吸积周围的气体,最终形成星系。新发现的旋转丝状结构为验证这些理论模型提供了宝贵的观测数据。

　　这项研究还对理解早期宇宙中星系如何迅速发展为今天的有序状态提出了新的视角。此前观测到的一些遥远旋转盘状星系,其结构与现今银河系极为相似,挑战了星系形成的传统时间表。如果大尺度旋转结构在宇宙早期就已存在并影响星系形成,那么星系可能比我们想象的更早就获得了复杂的旋转特征。图多拉切强调,理解这些巨型旋转结构如何影响星系演化,将是未来天文学研究的重要方向之一。

　　编辑：陈方

　　一审：李慧

　　二审：汤世明

　　三审：王超