銀河系的背后是什么

趙君鵬

“星漢燦爛”是從地球上看到的銀河系正面的景象，但是它的背后是什么，人們對此充滿了好奇。近日，法國一支科研團隊利用宇宙三維地圖在銀河系的背后發現了宇宙中超大的結構之一——南極墻，其長度可達十四億光年。

南極墻包含數十萬個星系，其星系密度比宇宙其他區域高，呈絲狀連接結構。它位于銀河系的正后方——南天的天頂方向的黑暗區域，因為銀河系較亮，所以要想發現它比較難。

南極墻中除了眾多的星系，還包含大量的暗物質。20世紀30年代，天文學家發現，很多天體在運行時，除了受到能看得見的物質的引力之外，還受到來源不明的引力，由此推測宇宙中必然存在某種未知的物質，數量比已知的物質多，并且能夠產生引力。這種神秘物質就是被現代宇宙學證實存在的暗物質。暗物質不屬于任何一種粒子，它不參與電磁相互作用，既不反光、不發光，又不遮擋任何光線。也就是說，我們之所以看不見暗物質，不是因為沒有光照亮它們，而是光根本照不亮它們。雖然科學家對暗物質進行了許多觀測，但仍不能全然了解其成分，所以從未目睹過暗物質的真容。于是，通過暗物質的引力效應，科學家估算出它在宇宙中所占的比例：它廣泛分布于宇宙的各個角落，占宇宙總體質量的85%。

科學家通過計算機模擬宇宙大尺度結構推測，暗物質的運動速度應該遠遠低于光速，它是“冷暗物質”，否則宇宙無法在引力的作用下形成我們觀測到的大尺度結構。所謂宇宙大尺度結構，是指可觀測宇宙在大范圍內，比如十億光年中，質量和光的分布特征，它是研究宇宙演化歷史的探針。無碰撞的低速暗物質粒子在引力作用下逐漸聚集成團，這一過程形成了宇宙大尺度結構。

觀測宇宙大尺度結構離不開紅移巡天。當天體的電磁輻射頻率降低、波長變長時，在可見光波段，就表現為光譜的譜線朝紅端移動了一段距離。紅移巡天就是利用這個原理對天空的部分進行天體紅移值的測量，它可以顯示天空中一定范圍內物質的立體分布狀態。紅移巡天顯示宇宙呈泡沫網狀，幾乎所有的星系分布在狹窄的“纖維帶”上，而它們中間則是巨大的空洞，天文學家稱之為“巨洞”，有的巨洞的直徑可達3億光年，其中充滿了暗物質。

天文學家已經利用紅移巡天等技術在宇宙中發現了數個超大結構。比如1989年，發現了長達5億光年的“CfA2長城”;2003年，發現了長達13.7億光年的“史隆長城”;2013年，發現了可觀測宇宙中目前已知的最大結構——“武仙—北冕座長城”，其長度可達100億光年，相當于可觀測宇宙半徑的20%。

由于萬有引力，這些超大結構中密度較高的區域會產生較高的引力，將周圍物質吸引過來，進一步提升該區域的密度，這加劇了宇宙的不均勻性，從而形成了星系及更大尺度的結構。這些大的宇宙結構在引力的作用下克服了宇宙的膨脹效應，形成了松散的結構系統，這又讓它與周邊物質存在明顯的相互吸引。一些星系遠離地球的速度比預期快，而另一些則慢得多，或許宇宙中這些巨大的“城墻”就是造成這一現象的“幕后黑手”。

宇宙中是否存在更大的結構？這些超大結構隱藏著什么秘密？以我們目前的知識體系和觀測結果還難以給出確切的答案。我們所知道的是：宇宙無限，探索不止，這是人類孜孜以求的目標。