宇宙的形狀

如果要問：宇宙是什麼形狀的？相信很多人一時間都會有點發蒙。

大部分人的想法，大概都會認為宇宙是球形的，因為宇宙形成於138億年前的一次大爆炸，它應該是朝四面八方均勻膨脹的，這也符合我們觀測到的宇宙各向同性。而NASA的威爾金森宇宙微波各向異性探測衛星在對宇宙進行觀測後，從宇宙微波背景輻射中發現了秘密，認為宇宙可能是馬鞍形的。也有一些對四維時空非常感興趣的科學愛好者，認為宇宙是更高維度的球形，也就是說，當我們從一個方向飛到宇宙盡頭的時候，其實會從另一個方向回到原點，就像在地球上一樣。

不過，最近的一些研究表明，我們的宇宙在最大尺度上，有可能呈現出一種網狀結構。無數大尺度的天體結構，透過同樣大尺度的絲狀結構相連，組成了這個複雜的宇宙。

近些年來，科學家們已經在宇宙中發現了很多類似的證據比如銀河系所在的拉尼亞凱亞超星系團，就被科學家描述為這個形狀——

實際上，這些絲狀結構非常神秘，科學家們對它們的瞭解也一直非常有限。最近，一個由來自澳大利亞的射電天文學家和來自德國的X射線天文學家們的合作團隊，在對這些絲狀結構的研究中取得了較大的突破。

強強聯合

（圖片說明：平方公里陣列射電望遠鏡）

在西澳大利亞，坐落著世界上最強大的望遠鏡之一——平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）。這個專案是由世界上7個國家聯合開發的，其中也包括我們中國。雖然SKA可能要等到10年後才能完全竣工，但從2012年開始，它就已經能夠在天文觀測方面大顯神威了。

和其他望遠鏡相比，SKA具有著非常巨大的優勢，不僅能夠看得更深，而且看得更廣，以更加宏大的視野，將觀測效率大幅提高，對宇宙深處的天體進行觀測和研究。前不久我們也剛剛介紹過，天文學家不僅利用它對神秘的奇異射電圈（ORCs）進行了觀測分析，還用了僅僅10天的時間完成了以往幾年時間才能實現的超過100萬個星系的巡天工作。

（圖片說明：SKA拍攝到的奇異射電圈）

在進行這些觀測專案的同時，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）也在利用平方公里陣列探路者（ASKAP）望遠鏡，在射電頻率上繪製宇宙的大尺度地圖。

此外，在今年年初的時候，德國的eROSITA太空望遠鏡也公佈了它自去年升空以來的首次觀測結果，它在X射線波段對宇宙大尺度地圖的繪製讓科學家耳目一新。

（圖片說明：eROSITA在今年早些時候公佈的第一張X射線波段宇宙全景圖）

這兩臺最先進的望遠鏡都具備同時對大範圍宇宙進行觀測的能力，同時又可以在不同的電磁波波段進行互補。因此，二者的聯手可謂是強強聯合，完美地達到了1+1＞2的效果，讓我們見識了一個不一樣的宇宙。也正是在這樣的合作觀測中，宇宙中的一條高溫氣體絲狀結構一點點露出了真容。

神秘的宇宙絲

事情還要從最初的起點說起。在大約138億年前，我們的宇宙形成於所謂的大爆炸中。剛剛形成的宇宙和今天完全不一樣，那個時候的宇宙充滿了暗物質，可見物質中也幾乎只有中性氫，以及少量的氦，極其微量的鋰，其他物質幾乎完全沒有。

在接下來的幾十億年時間裡，由於暗能量提供了足夠強的引力，這些氣體逐漸聚攏起來，形成了宇宙中大尺度的絲狀結構，這些結構之間留有大量真空的空間。這些絲狀結構幾乎包含了宇宙一半的物質，但是由於宇宙過於宏大，它們的密度仍然低得驚人，平均每立方米只有10個粒子，這比科學家在實驗室所創造的最高真空度還要空。

而我們的星系，就是在這樣的絲狀結構中誕生的。

科學家認為，宇宙中幾乎所有的星系都是在這裡形成的。而且，它們會在宇宙絲上滑動，最終聚攏起來，形成龐大的星系團。就在這些絲線相交的地方，也是星系團最為密集的地方。

這些理論，目前還都停留在猜想階段。我們看得見宇宙中如恆河之沙的無數星系和星系團，但是始終沒有清晰地看到這些絲狀結構。

（圖片說明：這張eROSITA影象的中心展示的是一個星系團，左下角到右上角延伸的是長達5000萬光年的宇宙絲，還有其他星系在沿著它向星系團下落）

但是，憑藉著eROSITA的強大觀測能力，科學家們終於探測到了這些熱氣體的痕跡。據研究團隊介紹，他們已經發現了一條長達5000萬光年的巨大絲狀結構，這個長度是銀河系直徑的數百倍！

這是迄今為止科學家在宇宙中觀測到的最清晰的宇宙絲影象，不僅僅見證了人類天文觀測能力的提升，也讓宇宙網模型獲得了重要的證據。

星系的流動

（圖片說明：在最大的尺度下，我們的宇宙在絲狀結構的組合中形成了一個網狀結構，中間充滿了虛無的空間，絲線相交處通常有星系團的分佈）

不過，本次研究中，科學家們也遇到了沒有預想到的情況。此前的理論認為，這些宇宙絲中的熱氣體會使電子產生射頻發射，而在利用ASKAP進行這個波段的觀測時，他們並沒有發現這個現象。這意味著，在這些宇宙絲上的熱氣體流動相對比較平穩，並沒有形成能夠給電子加速而產生無線電波的湍流。也就是說，當星系沿著宇宙絲落入星系團時，也是經歷了這樣平穩的過程。

透過ASKAP的在射電波段拍攝到的影象，我們可以看到星系逐漸落入星系團的過程。科學家發現，很多星系都被一對強大的噴流夾在中間，他們指出，這是這些星系的核心處有一個超大質量黑洞，它在吞噬物質的同時將電子噴射出來，就形成了這些噴流。

（圖片說明：白色是ASKAP的射電資料，彩色是eROSITA的X射線影象，圖中我們可以清晰地看到射電流在星系之間的高溫氣體風吹得發生了扭曲）

並且，根據拍攝的影象可以看到，這些星系之間的密集氣體所形成的風會扭曲超大質量黑洞噴射出來的噴流，這也是對宇宙模型的一個佐證。

除了這些研究成果之外，ASKAP和eROSITA的第一次合作就取得了這樣的成績，是令科學家更加興奮的。這意味著未來應該有更多望遠鏡之間的合作，來取得宇宙學上的重大突破。

（圖片說明：eROSITA太空望遠鏡）

人類的科技已經發展到了一定的高度，未來我們需要更多的科研合作，才能夠將人類的科學繼續推進。不僅僅是望遠鏡，科學家、科研專案之間的合作，也是人類進步的重要手段。現在的時代，很難再有一己之力就能引領科學發現的重大突破了。