宇宙隱藏的高速公路：首次直接捕捉到的宇宙網影像

科學家首次直接拍攝到一條長達300萬光年的宇宙絲狀結構，這為我們揭開了宇宙隱藏框架的新視角！宇宙中的物質在星系間空間中排列成一個巨大的網路，稱為宇宙網。經過數百小時的觀測，一個國際研究團隊成功捕捉到其中一條宇宙絲狀結構的最清晰影像。這條絲狀結構連線了兩個正在形成的星系，並可追溯至宇宙僅約20億年時的早期階段。

暗物質佔據了宇宙中約85%的物質，它在塑造宇宙結構中扮演著關鍵角色。在引力的作用下，暗物質形成了一個龐大而複雜的絲狀網路。這些絲狀結構的交匯處，正是最明亮星系的誕生之地。宇宙網就像是宇宙的骨架，引導著氣體的流動，這些氣體為星系中的恆星形成提供了燃料。研究這些氣體的運動和相互作用，將大幅提升我們對星系形成與演化的理解。

然而，直接觀測這些星系間的氣體極為困難。科學家們過去主要透過間接方式來偵測它們，例如測量這些氣體如何吸收來自遙遠明亮天體的光線。雖然這些觀測提供了寶貴的資訊，但並未清晰揭示氣體的分佈情況。即使是宇宙中最豐富的元素——氫，也只會發出非常微弱的光芒，這使得過去的望遠鏡幾乎無法偵測到這些難以捉摸的氣體。

在這項新研究中，由米蘭比可卡大學研究人員領導的國際團隊，包括馬克斯·普朗克天體物理研究所的科學家，利用安裝在智利歐洲南方天文臺甚大望遠鏡上的創新光譜儀MUSE（多單元光譜探測器），獲得了前所未有的高解析度宇宙絲狀結構影像。即使擁有這臺先進儀器的強大功能，研究團隊仍必須在天空的單一區域進行MUSE有史以來最雄心勃勃的觀測活動，耗時數百小時才得以高顯著性地偵測到這條絲狀結構。

這項研究由米蘭比可卡大學的博士生Davide Tornotti主導，利用超靈敏的資料製作出了迄今為止最清晰的宇宙絲狀結構影像，這條絲狀結構橫跨300萬光年，連線了兩個星系，每個星系中都存在一個活躍的超大質量黑洞。這項發現最近發表在《自然天文學》期刊上，為直接約束星系間絲狀結構中的氣體特性開闢了新途徑，並有助於精進我們對星系形成與演化的理解。

「透過捕捉這條絲狀結構發出的微弱光芒，我們能夠精確地描述其形狀，」Davide Tornotti解釋道。「這是我們首次透過直接測量，追蹤到星系內氣體與宇宙網中物質之間的邊界。」研究團隊還利用了馬克斯·普朗克天體物理研究所的超級電腦模擬宇宙，計算出基於當前宇宙學模型的絲狀結構預期發光情況。「當我們將這些模擬結果與新獲得的宇宙網高解析度影像進行比較時，發現現有理論與觀測結果之間存在高度一致性，」Tornotti補充道。

這項發現與超級電腦模擬的令人鼓舞的一致性，對於理解星系周圍稀薄氣體環境至關重要，並為確定星系的燃料供應開闢了新的可能性。參與研究的馬克斯·普朗克天體物理研究所科學家Fabrizio Arrigoni Battaia總結道：「我們對這次直接且高解析度的宇宙絲狀結構觀測感到非常興奮。但正如巴伐利亞人所說：『一個不算數』。因此，我們正在收集更多資料，以揭示更多類似的結構，最終目標是全面瞭解氣體在宇宙網中的分佈與流動。」

參考文獻：Davide Tornotti等人，《高解析度成像：z = 3時一對近距離類星體之間的絲狀連線》，2025年1月29日，《自然天文學》。DOI: 10.1038/s41550-024-02463-w