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武仙-北冕座长城

武仙－北冕座长城（英语：Hercules-Corona Borealis Great Wall）是宇宙中一个由星系组成的巨大超结构，延伸超过100亿光年[1][2]，是可观测宇宙中已知最巨大的结构。天文学家于2013年11月使用雨燕卫星和费米伽玛射线空间望远镜的观测资料将发生在遥远宇宙的多次伽玛射线暴位置绘制成分布图时发现了这个巨大结构[1][2][4]。

武仙－北冕座长城
Hercules-Corona Borealis Great Wall
以18张哈伯太空望远镜影像拼接而成的巨大星系团MACS J0717.5+3745影像。影像中有大量的暗物质存在（淡蓝色），可能与武仙－北冕座长城类似。（此图并非武仙-北冕座长城的完整真实图像，只是一个巨大星系团的图像，武仙-北冕座长城的尺度远远大于此。）
来自：哈伯太空望远镜
观测数据（历元J2000）
星座武仙座和北冕座[1]
长轴3 Gpc（9,785 Mly）[1][2]
红移1.6 to 2.1[1][2]
距离
（共动）		96.12到105.38亿光年（光行距离）[3]
150.49到176.75亿光年
（今日的同移距离）[3]
参见：超星系团
伽玛射线暴是释放强烈辐射的天文事件，可用来追踪遥远宇宙的物质分解。本图是GRB 080319B的想像图。

概要 编辑

武仙－北冕座长城是大尺度纤维状结构的一部分[2]，或者是以重力结合的巨大星系群。该长城的长度最长端横跨100亿光年（30亿秒差距），另一端的长度则是72亿光年（22亿秒差距，在红移空间的红移速度150,000 km/s）[2]，是宇宙中已知最大的单一结构。武仙－北冕座长城的红移值为1.6到2.1，相当于距离地球约100亿光年[1][2]。它的名称由来是因为它在天球上的投影位置在武仙座和北冕座[4]。

发现 编辑

 
 
天文学家使用雨燕卫星（上）和费米伽玛射线空间望远镜（下）观测的资料发现了武仙－北冕座长城。

伽玛射线暴是宇宙中已知释放能量最强的天文事件之一。它的本质是遥远巨大恒星死亡时的灾难性爆炸产生的极为明亮伽玛射线释放。伽玛射线暴是相当少见的天文事件，在类似银河系的星系中平均每数百万年发生一次。因为目前的理论认为伽玛射线暴是光度极高的巨大恒星爆炸形成，这样的巨大恒星一般来说应会形成于物质较浓密区域；因此伽玛射线暴可以当作星系的标准烛光以追纵宇宙中物质分裂的区域。

天文学家伊什特万·霍瓦特（Istvan Horvath）、乔恩·哈基拉（Jon Hakkila）和若尔特·鲍戈伊（Zsolt Bagoly）分析1997到2012年的观测资料[1][2][5]，并且将全天分为9个区域，每个区域各31个伽玛射线暴。在这些分区资料中，31个伽玛射线暴中的14个集中在45°宽，即全天八分之一的径向区域，并且红移值1.6到2.1。柯尔莫诺夫-斯米尔诺夫检验的结果显示，这项伽玛射线暴大量集中在一定区域的状况无法完全归因于因为资料选择造成的偏差。如果许多伽玛射线暴发生在这一区域，就必须要有数千甚至数以百万计以上的星系才有可能。因此最后的结论认为该区域存在长度约史隆长城6倍以上，并且距离地球约100亿光年的结构体。

均匀性问题 编辑

根据宇宙学原理，在足够大的尺度下的宇宙是接近均匀的，这代表在宇宙中数量上的随机性波动事件，例如不同区域之间的物质密度差异并不大，这代表宇宙中的物质与能量必须是均匀且各向同性分布。因为物理定律和作用力（例如重力）被预期在整个宇宙中无论哪一处的机制都是相同的；因此在足够大的尺度下关键的各种随机分布不会有能量测到的差异。不过，有多个不同尺度存在以解释对应的同质性尺度，以及依照不同状况下的适当定义（即不同的定义取决于测量者量测使用的均匀性尺度）。而当前用来解释均匀性尺度问题的理论则是“伟大的结局”；这项解释性的量测表示即使是在最大的尺度下，透过这里论所见的宇宙外观上仍是均匀性的。目前被公认的“伟大的结局”所需尺度大约是2.5到3亿光年，如果和宇宙微波背景辐射决定的宇宙外观常态密度一起计算其尺度，均匀性尺度的上限大约是前述的4倍（10到12亿光年或3.07到3.7亿秒差距），是目前均匀性尺度上限最佳拟合解。然而，Jaswant Yadav 等人提出基于宇宙的分形维数，该尺度的值应该是 260/h Mpc[6]，小于以上的值。部分科学家则指出基于均匀性尺度的量测，结构的最大尺寸大约是70-130/h Mpc[7][8][9]。因为按照宇宙中物质是均匀和各向同性，先前并不预期宇宙中会存在比上述尺度上限更大的结构。尽管如此，仍发现了比前述尺度上限更大的结构体，例如：

1991年发现的柯罗威斯－坎普萨诺超大类星体群（英语：Clowes-Campusano LQG）横跨5.8亿秒差距，稍大于上述的尺度上限。

2003年发现的史隆长城长度4.23亿秒差距[10]，也稍大于推测的尺度上限。

2011年发现的超大类星体群 U1.11 长度达到7.8亿秒差距，是推测尺度上限的两倍。

2012年发现的巨型超大类星体群（Huge Large Quasar Group，Huge-LQG）长度是12.4亿秒差距，是均质性尺度上限的3倍[11]。然而，这个结构内单独类星体的规模没有机会和其他类星体发生关联，无法以此得知该结构形成可能性的证据[12]。

武仙－北冕座长城的长度在均匀性尺度上限的8倍以上[4]，相当于可观测宇宙的10.7%。按照宇宙学原理，和宇宙其他部分相比这个结构应该是不均匀性的，甚至在“伟大的结局”尺度下也是如此。这项发现让宇宙学原理受到更进一步的质疑，而目前对宇宙描述的数学模型可能太过简化，不足以反映宇宙的状况。天文学家也准备对该区域的伽马射线暴进行更进一步的观测以了解其细节[4]。

宇宙演化问题 编辑

武仙－北冕座长城的发现也衍生了宇宙演化模型的问题。该结构距离地球100亿光年意味着它的年龄为100亿年，或大爆炸后37.9亿年形成。然而，目前的宇宙演化模型并不允许这样的结构在宇宙诞生后仅30多亿年内形成，因为这样的结构太庞大和太复杂，不应该在早期宇宙中形成。目前仍不知道这样的结构是如何形成的。[4]

参考资料 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two. 2014. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. The largest structure of the Universe, defined by Gamma-Ray Bursts. 2013. Bibcode:2013arXiv1311.1104H. arXiv:1311.1104  . 
  3. ^ 3.0 3.1 Redshift-distance relation. [2014-01-14]. （原始内容存档于2016-03-29）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Irene Klotz. Universe's Largest Structure is a Cosmic Conundrum. discovery. 2013-11-19 [2013-11-22]. （原始内容存档于2016-05-16）. 
  5. ^ Gamma-Ray Burst Online Index, Data source 互联网档案馆的存档，存档日期2014-02-13.
  6. ^ Yadav, Jaswant; J. S. Bagla and Nishikanta Khandai. Fractal dimension as a measure of the scale of Homogeneity. Monthly notices of the Royal Astronomical Society. 25 February 2010, 405 (3): 2009–2015 [15 January 2013]. Bibcode:2010MNRAS.405.2009Y. arXiv:1001.0617  . doi:10.1111/j.1365-2966.2010.16612.x. （原始内容存档于2017-01-10）. 
  7. ^ Hogg, D.W. et al., (May 2005) "Cosmic Homogeneity Demonstrated with Luminous Red Galaxies". The Astrophysical Journal 624: 54-58. arXiv:astro-ph/0411197 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Bibcode:2005ApJ...624...54H （页面存档备份，存于互联网档案馆）. doi:10.1086/429084.
  8. ^ Scrimgeour, Morag I. et al., (May 2012) "The WiggleZ Dark Energy Survey: the transition to large-scale cosmic homogeneity". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 425 (1): 116-134. arXiv:1205.6812 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Bibcode: 2012MNRAS.425...116S （页面存档备份，存于互联网档案馆）. doi: 10.1111/j.1365-2966.2012.21402.x.
  9. ^ Nadathur, Seshadri, (July 2013) "Seeing patterns in noise: gigaparsec-scale 'structures' that do not violate homogeneity". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in press. arXiv:1306.1700 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Bibcode: 2013MNRAS.tmp.1690N （页面存档备份，存于互联网档案馆）. doi: 10.1093/mnras/stt1028.
  10. ^ Gott, J. Richard, III; et al. A Map of the Universe. The Astrophysical Journal. May 2005, 624 (2): 463–484. Bibcode:2005ApJ...624..463G. arXiv:astro-ph/0310571  . doi:10.1086/428890. 
  11. ^ Clowes, Roger; Harris; Raghunathan; Campusano; Soechting; Graham; Kathryn A. Harris, Srinivasan Raghunathan, Luis E. Campusano, Ilona K. Söchting and Matthew J. Graham. A structure in the early Universe at z ∼ 1.3 that exceeds the homogeneity scale of the R-W concordance cosmology. Monthly notices of the royal astronomical society. 2012-01-11, 1211 (4): 6256 [14 January 2013]. Bibcode:2012arXiv1211.6256C. arXiv:1211.6256  . doi:10.1093/mnras/sts497. （原始内容存档于2016-10-17）. 
  12. ^ Gaite, Jose, Dominguez, Alvaro and Perez-Mercader, Juan (August 1999) "The fractal distribution of galaxies and the transition to homogeneity". The Astrophysical Journal 522: L5-L8. arXiv:astroph/9812132 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Bibcode: 1999ApJ...522L...5G （页面存档备份，存于互联网档案馆）. doi: 10.1086/312204.

参见 编辑

外部链接 编辑

  • Horváth, István; Bagoly, Zsolt; Hakkila, Jon; Tóth, L. Viktor. New data support the existence of the Hercules-Corona Borealis Great Wall （英文） // Astronomy and Astrophysics : journal. — 2015. — Vol. 584. — P. A48. — doi: 10.1051/0004-6361/201424829. — Bibcode: 2015A&A...584A..48H. — arXiv:1510.01933.
  • Horváth, István; Bagoly, Zsolt; Hakkila, Jon; Tóth, L. Viktor. Anomalies in the GRB spatial distribution // Proceedings of Science. — Bibcode: 2014styd.confE..78H. — arXiv:1507.05528.
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