银河快报

晚上在阳台数星星,我竟然看到了比银河系还大的墙

前些天晚上,我在阳台架起那台用了快三年的入门级望远镜,本来是想看看木星旁边那几颗卫星的,结果朋友发来一条消息:“你知道宇宙里有一堵墙,大到能装下几千个银河系吗?”我当时第一反应是,这人是不是又看了什么地摊文学,但他紧接着说,这东西叫武仙座北冕长城,是真实存在的天文发现。

说实话,听到“武仙座北冕长城”这几个字,我脑子里先蹦出来的是一堆游戏里的设定,后来一查资料,发现这事儿比游戏精彩多了——它是目前人类已知的宇宙中最大的单一结构,大到让银河系在它面前连一颗砂砾都算不上,这让我彻底睡不着了,索性泡了杯茶,开始琢磨这个庞然大物到底怎么回事。

这堵“墙”到底是个什么东西

先别被“长城”两个字带偏了,武仙座北冕长城不是砖砌的,也不是《权力的游戏》里那种冰墙,它是一大片星系聚集在一起形成的巨型纤维状结构,你可以这样想象:宇宙里的星系不是均匀撒在空间里的,它们像海绵的骨架一样,聚成一条条的“纤维”,纤维之间是几乎什么都没有的巨大空洞,而武仙座北冕长城,就是这些纤维里最大最粗的那一根。

它最早是2013年由一支匈牙利和美国的联合天文团队发现的,他们在分析伽马射线暴的数据时,察觉到天空中有个区域异常密集地分布着这些宇宙中最猛烈的爆炸事件,伽马射线暴是大质量恒星死亡时产生的,所以它们出现得多的地方,也意味着那里的星系特别多,顺着这个线索,团队最终拼凑出了这堵“墙”的轮廓:它横跨武仙座和北冕座两个星座方向,离我们大约100亿光年远,长度超过100亿光年

等一下,100亿光年是个什么概念?我在地球上跟你说这个,你可能没啥感觉,所以我们得拿银河系当尺子来量一量。

把它放到银河系旁边比一比

银河系在我们眼里已经大得离谱了,太阳光从这头跑到那头要10万年,我们平常在夜空里看到的所有星星,基本上都只是银河系里离咱们最近的那一小撮邻居,可银河系的直径,也就大约10万到18万光年——注意,单位是“万”。

而武仙座北冕长城的长度是100亿光年,咱们做道简单的算术题:

晚上在阳台数星星,我竟然看到了比银河系还大的墙

100亿 ÷ 10万 = 100,000

这意味着,把银河系一个接一个排成一条直线,需要排上十万个银河系才能从这堵墙的一头铺到另一头,这还没完,它的宽度是72亿光年,厚度是几亿光年,如果换算成体积……说实话,我拿计算器按出来的数字自己都看懵了,大概是几百万到上千万个银河系那么大的空间。

为了让你更直观地感受这个差距,我列个对比表吧,当时我自己做这个表的时候手都在抖:

对比项目 银河系 武仙座北冕长城
尺寸 直径约10~18万光年 长度超过100亿光年
包含恒星数量 约1000亿~4000亿颗 无法估算,包含无数个星系团
质量 约1.5万亿倍太阳质量 可能达到10的18次方倍太阳质量
到地球的距离 我们就在里面 约100亿光年
年龄 约136亿年 形成于大爆炸后约30多亿年

看着这个表,我最大的感受是:我们平常纠结的那些事儿,大到国界、地球,小到明天开会要穿什么,在这个尺度面前真的啥都不是。宇宙用一种近乎冷酷的方式告诉你,你所认知的“大”,连它的零头都够不着。

它挑战了我们自以为知道的东西

你可能会问,不就是发现个大东西嘛,有什么好大惊小怪的?问题就出在这里——按照现有的宇宙学理论,根本就不应该存在这么大的结构

晚上在阳台数星星,我竟然看到了比银河系还大的墙

有个东西叫“宇宙学原理”,简单说就是在大尺度上,宇宙应该是均匀的、各向同性的,我们在小范围里看,地球旁边有月球,太阳旁边有行星,银河系旁边有仙女座星系,这些都不均匀,但理论上,当你把尺度放大到几十亿光年这个级别后,宇宙应该像一锅搅匀了的面糊,哪里都差不多,科学家还给这个均匀的极限尺度起了个名字,叫“均匀性尺度”,大概在2.5亿到3亿光年左右。

可现在冒出来一个100亿光年长的庞然大物,这相当于你跟我说这锅面糊里藏着一整根没搅开的面条,而且比锅本身还长,2013年发现论文发表的时候,很多同行第一反应是怀疑数据有问题,但后续几年的观测,包括对斯隆数字巡天数据的重新分析,都进一步证实了这个结构的存在,这下问题就来了:要么是现有的暗物质模型漏掉了什么,要么是早期宇宙的量子涨落藏了我们不知道的细节。

早期宇宙留给我们的密码

武仙座北冕长城离我们有100亿光年,这意味着我们现在看到它的光,是100亿年前发出来的,那时候宇宙才30多亿岁,还是个“小孩”,所以这堵墙其实是宇宙幼年时期的遗迹,它像一块化石,记录了大爆炸后相当早期的物质分布状态。

目前的猜测是,它可能起源于宇宙暴胀时期留下的密度扰动,暴胀是宇宙诞生后极短时间内发生的一次疯狂膨胀,那会儿微小的量子涨落被瞬间拉伸到宏观尺度,成为后来星系和星系团形成的“种子”,但按理说,这些种子不应该长出一棵这么夸张的大树来,这个矛盾让很多理论物理学家兴奋得不行——它可能是打开新物理学的钥匙,说不定能帮我们摸到暗物质、暗能量这些至今搞不清的东西。

发现它的过程本身就像侦探片

我觉得这个故事里最迷人的,还不只是那个吓人的尺寸,而是科学家发现它的方式,他们用的不是普通望远镜一张张拍照,而是借助宇宙里最暴烈的事件——伽马射线暴——作为探针

晚上在阳台数星星,我竟然看到了比银河系还大的墙

伽马射线暴是大质量恒星坍缩成黑洞时产生的,一秒钟释放的能量比太阳一辈子都多,好处是它们够亮,在宇宙极远处也能被探测到,团队整理了1997年到2012年间所有探测到的伽马射线暴,把它们的空间位置标在星图上,结果发现武仙座和北冕座方向有个浓度明显偏高的区域,这事后来被写进了《天文学与天体物理学》期刊,第一作者伊什特万·霍瓦特(István Horváth)带着小组用了好几年的时间反复验证,才敢把这个结论放出来,毕竟,宣称发现了宇宙最大结构,稍微出点错就得被同行怼好几年。

这让我觉得特有意思:他们没直接“看见”这堵墙,而是像侦探一样,通过爆炸的余晖拼出了它的影子,科学有时候就是这么酷,你不用亲眼看见一样东西,通过它留下的痕迹就够了

【配图1:武仙座北冕长城在天空中的位置示意图,标注出它横跨武仙座和北冕座的大致范围】

它让我重新认识了我们自己的银河系

写到这里,我又扭头看了看窗外,城市光害挺重,勉强能看到织女星,银河系对我们来说已经是全部了——它里面有几千亿颗恒星,每一颗都可能像太阳一样带着几颗行星,可银河系本身,不过是拉尼亚凯亚超星系团里一个小角落的普通成员,而拉尼亚凯亚呢?在武仙座北冕长城面前,也就是个大号积木。

但奇怪的是,知道这些之后我非但没觉得虚无,反而有种奇怪的踏实感,我们住在银河系旋臂上一颗不起眼的蓝色小石头上,却能通过一点点星光和几次爆炸的余晖,推算出100亿光年外一堵“墙”的尺寸和模样。渺小归渺小,但人类的好奇心,大概是这个宇宙里唯一试图理解自身的部分。

还记得前文那个比喻吗?如果武仙座北冕长城是一根100公里长的粗绳,那银河系在这根绳子上,只占了1毫米的长度,而我们地球在银河系里,连一颗灰尘都算不上,可就是这颗灰尘上的生物,在琢磨这根绳子的来龙去脉——我觉得这件事本身,就挺浪漫的。

【配图2:宇宙大尺度结构纤维状分布的艺术想象图,突出显示武仙座北冕长城相对于银河系所在位置的巨大尺度对比】

夜里两点多了,茶早就凉透,我把望远镜收进屋里,路过镜子时看了一眼自己——这个刚才还在为中午外卖洒了汤而烦躁的人,刚刚花了一个晚上去思考一堵100亿光年外的墙,这种感觉很奇妙,好像心里某个地方被撑大了那么一点,不是变沉重了,是把很多原本觉得天大的事情,衬得没那么大了。

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