簡(jiǎn)介：天文學(xué)家首次獲得了宇宙網(wǎng)的大規(guī)模圖像——這是一個(gè)由暗物質(zhì)和氫氣組成的令人難以置信的古老結(jié)構(gòu)，宇宙中的星系就是在這個(gè)結(jié)構(gòu)上形成的。

天文學(xué)家于近期首次得到了宇宙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高清圖像，那是由暗物質(zhì)和氫氣構(gòu)成的交織結(jié)構(gòu)，也是星系的誕生之地。這些物質(zhì)是如此遙遠(yuǎn)且極其暗淡，導(dǎo)致科學(xué)家們調(diào)用了世界上能力最強(qiáng)的望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)，才得到能夠揭示宇宙結(jié)構(gòu)的圖像。

在13.8億年前，宇宙形成于一次劇烈的大爆發(fā)過(guò)程中，這很像一次爆炸，只不過(guò)是空間自身的爆炸，而非我們?nèi)粘？吹降陌l(fā)生在空間中的爆炸，也就是說(shuō)，這次爆炸創(chuàng)造了空間本身！在宇宙大爆炸所創(chuàng)造的空間中充滿了物質(zhì)和能量，它們的分布并不均勻。有一些地方的物質(zhì)要比其它地方稍微多一點(diǎn)點(diǎn)。這些更高或者更低密度的區(qū)域之差別非常小，一個(gè)典型的高密度區(qū)域可能只是比它鄰近區(qū)域要高10萬(wàn)分之一，但這已經(jīng)足夠我們用來(lái)建立今天我們所見的宇宙結(jié)構(gòu)。

這些更高密度的區(qū)域有足夠的引力來(lái)對(duì)抗宇宙的擴(kuò)張，事實(shí)上它們是在收縮，我們推測(cè)是由于暗物質(zhì)（不反射光線也不會(huì)發(fā)出光線卻具有質(zhì)量和引力的奇特物質(zhì)）在吸引著它周圍的物質(zhì)，然后形成又長(zhǎng)又細(xì)的細(xì)絲結(jié)構(gòu)，就好像一張大網(wǎng)。正常的物質(zhì)（構(gòu)成我們身體的物質(zhì)）會(huì)被吸向這些細(xì)絲，直至與其連接起來(lái)。物質(zhì)在細(xì)絲上由于引力而流動(dòng)、堆積并形成星系、星系團(tuán)、甚至更巨大的超級(jí)星系團(tuán)、以及星系團(tuán)構(gòu)成的集群，這也是目前已知宇宙的最大結(jié)構(gòu)了。

而所有的這些都來(lái)自于空間結(jié)構(gòu)中的小小的“波動(dòng)”！

問(wèn)題在于如何才能看到這些原始結(jié)構(gòu) - 這些形成宇宙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的細(xì)絲。它們本來(lái)充斥著氫氣和熱量，但那是在很久以前了，要知道它們發(fā)出的光線花了130億年才到達(dá)我們。它們很暗淡，但是對(duì)它們的探測(cè)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。

例如，我們可以通過(guò)類星體（位于超亮星系中心，超大質(zhì)量黑洞在向內(nèi)吸引物質(zhì)時(shí)向外輻射的現(xiàn)象）來(lái)找到它們。當(dāng)類星體發(fā)出的光線穿過(guò)宇宙早期形成的氫氣時(shí)，有一部分光線會(huì)被吸收掉，這種吸收特征是可以被我們所觀測(cè)到的。但這只是告訴我們這些氫氣在宇宙中的一個(gè)點(diǎn)位置，即使通過(guò)上百顆類星體也不過(guò)是得到很少量的一些點(diǎn)位置，遠(yuǎn)不足以確定這些氫氣的分布位置。

有一些氣體也會(huì)產(chǎn)生輻射，但是通常只是在明亮星系周圍可以被看到，因此這種探測(cè)方法仍然是局限性很大的方法。而天文學(xué)家需要的是這種原始?xì)錃庠谟钪嬷械囊粡埛植紙D，來(lái)描述整個(gè)宇宙。

天文學(xué)家如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？幾年前，天文學(xué)家將地面的8.2米的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）和多目標(biāo)光譜探測(cè)儀（MUSE）指向了哈勃望遠(yuǎn)鏡建立超級(jí)深場(chǎng)的同一片天區(qū)，這片區(qū)域其實(shí)在地球上看起來(lái)非常小，如同一顆沙粒一樣大小，而哈勃望遠(yuǎn)鏡卻在其中發(fā)現(xiàn)了10000多個(gè)星系。

哈勃超級(jí)深場(chǎng) - 由哈勃望遠(yuǎn)鏡持續(xù)觀測(cè)了11天的一小塊天空區(qū)域，在這里找到了10000多個(gè)星系

貢獻(xiàn)者：美國(guó)航空航天局，歐洲航天局/哈勃，太空望遠(yuǎn)鏡科研所的貝克威斯，哈勃超級(jí)深場(chǎng)研究團(tuán)隊(duì)

在這片區(qū)域中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大量的氫氣，很激動(dòng)人心！于是這些科學(xué)家進(jìn)行了更深入的觀測(cè)，他們花了整整8個(gè)月的時(shí)間，在同一片區(qū)域獲得了140小時(shí)的圖像信息。并且不僅僅是圖像，還包括將光分解為獨(dú)立的顏色形成的光譜。因?yàn)樵缙谟钪嫘纬傻臍錃鈺?huì)在特定的波段發(fā)光，這個(gè)波段位于紫外波段范圍，稱為萊曼阿爾法波段。這些光經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年到達(dá)我們地球時(shí)，會(huì)紅移到近紅外波段。通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)值，我們就知道了紅移，從而也就知道了我們距離在萊曼阿爾法波段發(fā)光的氫氣究竟有多遠(yuǎn)。

構(gòu)成宇宙細(xì)絲結(jié)構(gòu)的極其遙遠(yuǎn)的氫氣（圖中藍(lán)色部分），宇宙早期星系誕生于其中。氣體圖像疊加于哈勃拍攝的超級(jí)深場(chǎng)圖像之上。

貢獻(xiàn)者：羅蘭?貝肯，戴維?瑪麗，歐洲南方天文臺(tái)/美國(guó)航空航天局

最終，科學(xué)家得到了這些發(fā)光氫氣形成的細(xì)絲結(jié)構(gòu)，有一些細(xì)絲結(jié)構(gòu)距離我們長(zhǎng)達(dá)130億光年，而這些結(jié)構(gòu)是宇宙在剛剛誕生1億年就形成的！

準(zhǔn)確的說(shuō)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了距離地球115億到130億光年的團(tuán)狀及細(xì)絲結(jié)構(gòu)，其中一些長(zhǎng)度達(dá)1000萬(wàn)光年，而寬度只有幾十萬(wàn)光年。他們找到1250個(gè)萊曼阿爾法波段的點(diǎn)輻射源，其中一些聚集為22個(gè)更大的萊曼阿爾法輻射區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包含10到26個(gè)團(tuán)狀結(jié)構(gòu)。這些團(tuán)狀結(jié)構(gòu)代表極早期形成的星系和星系群，距離宇宙形成的時(shí)間并不遠(yuǎn)。

左圖通過(guò)模擬顯示了數(shù)千個(gè)矮星系（假設(shè)其單個(gè)是可見的）聚集在一起的樣子，右圖顯示這些矮星系的光線聚集起來(lái)后在甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）和多目標(biāo)光譜探測(cè)儀（MUSE）中的樣子

貢獻(xiàn)者：蒂博?加雷爾，羅蘭?貝肯

這個(gè)結(jié)果已經(jīng)不錯(cuò)了！科學(xué)家還在這些團(tuán)狀結(jié)構(gòu)之外發(fā)現(xiàn)了許多不太清晰的萊曼阿爾法輻射，稱其為輻射延伸。通過(guò)對(duì)宇宙極早期物質(zhì)聚集成團(tuán)過(guò)程的模擬，這些輻射延伸是由數(shù)以億計(jì)的矮星系誕生過(guò)程所導(dǎo)致的，這些矮星系比我們的銀河系還要小得多，由于極其暗淡而被稱為超低亮度輻射源，有一些只是我們太陽(yáng)亮度的幾千倍，而銀河系的亮度是太陽(yáng)亮度的好幾百萬(wàn)倍以上，可以看出這些矮星系是多么的暗淡。想一想，要點(diǎn)亮那片氣體需要多少個(gè)矮星系？

這些星系極其年輕，我們看到的光線是它們僅僅誕生3億年所產(chǎn)生的。再來(lái)做個(gè)對(duì)比，銀河系誕生有120億年了，因此我們實(shí)際上看了一眼宇宙嬰兒時(shí)期的樣子。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)在甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）和多目標(biāo)光譜探測(cè)儀（MUSE）得到的數(shù)據(jù)中，有30%是哈勃超級(jí)深場(chǎng)中看不到的，這意味著即使哈勃望遠(yuǎn)鏡也無(wú)法觀測(cè)到這些部分。這倒不算太令人驚訝，畢竟甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的口徑要遠(yuǎn)大于哈勃望遠(yuǎn)鏡，但這是相當(dāng)不錯(cuò)的成就。

如這張計(jì)算機(jī)模擬圖所示，在宇宙早期暗物質(zhì)被認(rèn)為構(gòu)成了一個(gè)巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而星系形成于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的細(xì)絲位置處

貢獻(xiàn)者：施普林格爾，千禧模擬項(xiàng)目

作為一個(gè)天文學(xué)家，我對(duì)于這種成就非常驚嘆，而且它和早期宇宙的模擬結(jié)果也竟然相符！這是一個(gè)重要的時(shí)刻：我們僅僅使用數(shù)學(xué)、物理和天文觀測(cè)，就可以預(yù)測(cè)宇宙的極早期，并且獲得了正確的結(jié)果。

我聽到有些人對(duì)科學(xué)嗤之以鼻，把科學(xué)結(jié)論都認(rèn)為是猜測(cè)出來(lái)的垃圾。但實(shí)際上這是我們對(duì)無(wú)法接觸到的客觀世界進(jìn)行理解的最佳方法，且獲得了難以置信的成功，這些新的觀測(cè)結(jié)果就是證據(jù)。對(duì)這些人來(lái)說(shuō)，你可以根據(jù)自己的喜好拒絕科學(xué)，但是你要明白，實(shí)際上你可是在否認(rèn)這個(gè)宇宙的客觀事實(shí)?。?/p>

BY: Phil Plait

FY:?TelescopeX

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