2003年,一个天文学家团队把十几万个星系的位置画进同一张三维地图,然后发现:这些星系并没有均匀地散布开来,它们连成一条灯带——长到光也要走上13.7亿年。这条灯带后来被命名为斯隆长城。
一束光从它的一端出发,抵达另一端时,地球上的生命还停留在显微镜下的世界。
它不是一堵墙,是一条星系长龙
一句话定义:斯隆长城是宇宙大尺度结构中一条细长的高密度区域,由众多星系团和超星系团(星系团进一步聚成的更大集团)串成,长约13.7亿光年,距离我们约10亿光年。
为什么叫“墙”?因为早期把星系的三维分布压到平面上时,它看起来像一堵横在天图上的墙。但真实的它更像高速公路网里最长的干线:星系团是沿途的服务区,星系际的稀薄气体是路面,而那些被称作空洞(星系极其稀少的巨大区域)的地方,则是干线之间没有路灯的荒野。墙里绝大部分依然是空荡荡的空间,只是星系比别处密一些。
把宇宙缩成93米,它有多长
可观测宇宙的直径约930亿光年。假设把它缩成一个长93米的体育馆,斯隆长城大约就是一条1.4米长的看台;而银河系(直径约10万光年)在这个模型里只有约0.1毫米,一根头发丝那么细。
反过来看更直观:斯隆长城的长度,约是银河系直径的13.7万倍。把13.7万个银河系首尾相接,才抵得上它。
它不是一整块,而是一串
斯隆长城并不是被引力牢牢绑在一起的单个天体。它由多个超星系团连缀而成,各段之间隔着巨大的空洞,整条结构正随宇宙膨胀一起被拉长。真正被引力束缚的,是其中一个个星系团。
所以严格地说,“墙”只是统计意义上的高密度区域,并非一堵能“撞上去”的实体。这一点常被误读。
它会不会给宇宙学带来难题
在观测层面,斯隆长城的存在已被证实:在斯隆数字巡天(一项用2.5米望远镜系统测量星系位置的大型计划)的红移数据中,多组独立分析都画出了这条结构。
在理论层面,模型预言:在引力作用下,物质应当形成由纤维和空洞交织而成的宇宙网。目前广泛使用的ΛCDM模型(以冷暗物质和暗能量为核心的宇宙学模型)对这张网有相当成功的描述。
争议集中在尺度上。宇宙学原理假设:在足够大的尺度上,宇宙是均匀且各向同性的。斯隆长城长达十几亿光年,已经接近通常认为的均匀性尺度。它是否构成挑战?目前尚无定论。有模拟统计认为,在标准模型下出现这种结构的概率并不算极低;也有研究者主张重新审视均匀性尺度。2024年新报道的超大结构,让这场讨论仍在继续。
你怎么“看见”一堵墙
你没法用眼睛直接看到它。望远镜拍到的是一个个星系的光点,要画出三维地图,得靠红移:星系远离我们时,光谱线会向红端移动,移动得越多,通常意味着距离越远(哈勃—勒梅特定律)。把每个星系的距离当作地址,才能拼出宇宙的街区图。
这正是斯隆数字巡天做的事:给上百万个星系逐个测光谱,把它们的“门牌号”填进地图。
那堵墙还在变长
回到开头那束光。它出发时,地球还很年轻;它抵达时,人类才刚学会给星系测距。你今晚在星图上看到的斯隆长城,是它约十亿年前的样子。此刻,它仍在随宇宙膨胀被拉长。
如果宇宙网里真的存在“最大的一块”,它会藏在视野的边缘,还是干脆落在可见地平线之外?
延伸阅读
- J. Richard Gott《The Cosmic Web: Mysterious Architecture of the Universe》,Princeton University Press,2016
- 纪录片《宇宙的奇迹》(Wonders of the Universe),BBC,2011
- 斯隆数字巡天官方网站 sdss.org 的巡天图像与数据发布页