银河系的背后是什么

赵君鹏

“星汉灿烂”是从地球上看到的银河系正面的景象，但是它的背后是什么，人们对此充满了好奇。近日，法国一支科研团队利用宇宙三维地图在银河系的背后发现了宇宙中超大的结构之一——南极墙，其长度可达十四亿光年。

南极墙包含数十万个星系，其星系密度比宇宙其他区域高，呈丝状连接结构。它位于银河系的正后方——南天的天顶方向的黑暗区域，因为银河系较亮，所以要想发现它比较难。

南极墙中除了众多的星系，还包含大量的暗物质。20世纪30年代，天文学家发现，很多天体在运行时，除了受到能看得见的物质的引力之外，还受到来源不明的引力，由此推测宇宙中必然存在某种未知的物质，数量比已知的物质多，并且能够产生引力。这种神秘物质就是被现代宇宙学证实存在的暗物质。暗物质不属于任何一种粒子，它不参与电磁相互作用，既不反光、不发光，又不遮挡任何光线。也就是说，我们之所以看不见暗物质，不是因为没有光照亮它们，而是光根本照不亮它们。虽然科学家对暗物质进行了许多观测，但仍不能全然了解其成分，所以从未目睹过暗物质的真容。于是，通过暗物质的引力效应，科学家估算出它在宇宙中所占的比例：它广泛分布于宇宙的各个角落，占宇宙总体质量的85%。

科学家通过计算机模拟宇宙大尺度结构推测，暗物质的运动速度应该远远低于光速，它是“冷暗物质”，否则宇宙无法在引力的作用下形成我们观测到的大尺度结构。所谓宇宙大尺度结构，是指可观测宇宙在大范围内，比如十亿光年中，质量和光的分布特征，它是研究宇宙演化历史的探针。无碰撞的低速暗物质粒子在引力作用下逐渐聚集成团，这一过程形成了宇宙大尺度结构。

观测宇宙大尺度结构离不开红移巡天。当天体的电磁辐射频率降低、波长变长时，在可见光波段，就表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离。红移巡天就是利用这个原理对天空的部分进行天体红移值的测量，它可以显示天空中一定范围内物质的立体分布状态。红移巡天显示宇宙呈泡沫网状，几乎所有的星系分布在狭窄的“纤维带”上，而它们中间则是巨大的空洞，天文学家称之为“巨洞”，有的巨洞的直径可达3亿光年，其中充满了暗物质。

天文学家已经利用红移巡天等技术在宇宙中发现了数个超大结构。比如1989年，发现了长达5亿光年的“CfA2长城”;2003年，发现了长达13.7亿光年的“史隆长城”;2013年，发现了可观测宇宙中目前已知的最大结构——“武仙—北冕座長城”，其长度可达100亿光年，相当于可观测宇宙半径的20%。

由于万有引力，这些超大结构中密度较高的区域会产生较高的引力，将周围物质吸引过来，进一步提升该区域的密度，这加剧了宇宙的不均匀性，从而形成了星系及更大尺度的结构。这些大的宇宙结构在引力的作用下克服了宇宙的膨胀效应，形成了松散的结构系统，这又让它与周边物质存在明显的相互吸引。一些星系远离地球的速度比预期快，而另一些则慢得多，或许宇宙中这些巨大的“城墙”就是造成这一现象的“幕后黑手”。

宇宙中是否存在更大的结构？这些超大结构隐藏着什么秘密？以我们目前的知识体系和观测结果还难以给出确切的答案。我们所知道的是：宇宙无限，探索不止，这是人类孜孜以求的目标。