横跨宇宙的巨大气体丝状体可能有助于解开缺失物质之谜

邻近宇宙中超过三分之一的“正常”物质——构成恒星、行星、星系和生命的物质尚未被直接观测到。尽管这些物质对于我们现有的宇宙模型至关重要，但它们仍然隐藏在暗处。

主流解释是，它存在于弥散的、类似丝状的气体结构中，这种结构被称为“细丝”，横跨宇宙最稠密的区域。尽管之前也曾探测到过细丝，但它们的辐射非常微弱，很难将其光与附近的星系和黑洞等光源区分开来。

这条细丝由炽热的星系际气体（图中黑黄色斑点）构成，这种“普通物质”已被证实对天文学家来说非常难以发现。图片来源：欧空局

现在，新的研究首次克服了这一挑战，成功探测并精确描述了连接附近宇宙中四个星系团的单个热气体丝。

“我们的结果首次与我们领先的宇宙模型所观察到的现象高度吻合——这在以前是从未发生过的，”荷兰莱顿天文台的首席研究员康斯坦丁诺斯·米格卡斯（Konstantinos Migkas）说道。“看来模拟结果一直都是正确的。”

欧几里得旗舰模拟星系表。图片来源：J. Carretero (PIC)、P. Tallada (PIC)、S. Serrano (ICE) 以及欧几里得联盟宇宙学模拟 SWG

该细丝的温度超过1000万度，质量约为银河系的十倍，并连接着四个星系团——两端各两个。这些星系团属于沙普利超星系团，这是一个由超过8000个星系组成的庞大星系团，也是附近宇宙中最巨大的结构之一。

该细丝沿对角线穿过超星系团，长达 2300 万光年，相当于从一端到另一端穿越银河系约 230 次。

康斯坦丁诺斯及其同事通过结合 XMM-Newton 和朱雀望远镜的 X 射线观测数据，并深入研究了其他几个望远镜的光学数据，对该细丝进行了表征。

图像显示，黑色背景上布满了一簇明亮的彩色斑点。这些斑点主要呈紫色，中心区域有强光区域，颜色从黄色过渡到绿色和蓝色。这些斑点由一个淡紫色结构连接，形成一个不规则的延伸形状，两端都有模糊的斑点。图片来源：ESA/XMM-Newton 和 ISAS/JAXA

这两台X射线望远镜堪称理想的搭档。朱雀望远镜绘制了丝状结构中微弱X射线在广阔空间区域内的分布，而XMM-牛顿望远镜则非常精确地定位了丝状结构内部的X射线污染源——即超大质量黑洞。

“多亏了XMM-牛顿望远镜，我们才得以识别并去除这些宇宙污染物，因此我们知道我们观察的是细丝中的气体，而不是其他任何东西，”德国波恩大学的合著者弗洛里安·帕考德补充道。“我们的方法非常成功，并揭示了细丝与我们根据最佳的宇宙大规模模拟所预期的完全一致。”

这一发现不仅揭示了一条巨大的、以前从未见过的物质线贯穿附近的宇宙，还展示了宇宙中一些最密集和最极端的结构——星系团——是如何在巨大的距离上连接起来的。

它还揭示了“宇宙网”的本质，即支撑我们周围所见一切结构的巨大、看不见的细丝蛛网。

“这项研究是望远镜之间合作的一个很好的例子，为如何发现来自宇宙网微弱细丝的光创造了新的基准，”ESA XMM-Newton 项目科学家 Norbert Schartel 补充道。

这幅图像显示了连接四个星系团的新丝状结构：两端各两个。这些星系团在丝状结构的底部和顶部可见为亮点（四个白点被彩色圆圈包围）。一条斑驳的紫色带在这些亮点之间延伸，在周围的黑色天空中格外醒目；这是之前从未见过的X射线热气体丝状结构，其中包含大量“缺失”的物质。紫色带包含来自朱雀号卫星的数据。天文学家利用XMM-牛顿望远镜识别并去除了丝状结构中任何可能的X射线“污染”源，留下了一条纯净的“缺失”物质线。这些源在这里可以看作是点缀在丝状结构发射区（并从中移除）的亮点。图片来源：ESA/XMM-牛顿和ISAS/JAXA

“更根本的是，它强化了我们的宇宙标准模型，并验证了几十年的模拟：似乎‘缺失’的物质可能真的潜伏在宇宙中难以看见的线索中。”

拼凑出宇宙网络的精确图像是欧空局欧几里得任务的职责。欧几里得任务于2023年发射，旨在探索宇宙网络的结构和历史。该任务还将深入探究暗物质和能量的本质——尽管它们占据了宇宙的95%，但却从未被观测到——并与其他暗宇宙探测器合作，以解开一些最大、最持久的宇宙谜团。

编译自/scitechdaily