新成像技術揭示了潛伏在黑暗遙遠宇宙中的巨大宇宙網
在可能的最大尺度上,宇宙就像一隻難以想像的大蜘蛛編織的光網。現在,天文學家在深邃、黑暗、遙遠的宇宙中探測到了這些宇宙網絲發出的非常微弱的光。在我們大多數人的印像中,宇宙可能是由星系和恆星組成的一個龐大的群體,或多或少地隨機散佈在太空中,但如果把它放大到足夠遠的距離,它實際上就會呈現出一個巨大的網狀結構。
星系往往聚集在這張網的交界處,由綿延數百萬光年的氣體絲連接起來。這些細絲之間的空隙是太空中令人匪夷所思的空洞。
2015 年,加州理工學院的天文學家利用凱克宇宙網成像儀(KCWI)捕捉了遙遠宇宙中宇宙網的圖像。然而,研究團隊能夠看到非常微弱的細絲的唯一途徑是藉助附近類星體的光線。在一項新的研究中,研究團隊成功地直接拍攝了來自細絲本身的光線影像。
研究的第一作者克里斯托弗-馬丁(Christopher Martin)說:”在這項最新發現之前,我們看到的是燈柱下的絲狀結構。”現在,我們不用燈也能看到它們了。”
在新的研究中,研究小組使用新的方法過濾掉了背景光,例如來自我們大氣層、太陽系和銀河系的光,從而成功地對更暗的結構進行了成像。
馬丁解釋說:”我們觀察了兩片不同的天空,A 和B。絲狀結構在兩個方向上的距離是不同的,所以你可以從B 影像中提取背景光,然後從A 影像中減去,反之亦然,只留下絲狀結構。我在2019 年對此進行了詳細模擬,以說服自己這種方法可行。”
在這項技術的幫助下,KCWI 能夠捕捉到光譜中最強的發射線–氫氣–的光,這些光來自位於100 億至120 億光年外的宇宙網區域中的這些細絲。這段特殊的細絲潛伏在宇宙中一個較暗的角落,離星系團、類星體或其他光源較遠,通常它會隱藏在那裡。
由於宇宙的膨脹會使光線向光譜的紅色一端移動,因此來自更遙遠天體的光訊號會比那些離我們更近的天體顯得更紅。有鑑於此,研究小組能夠從KCWI 獲取二維影像,根據可見光的波長將它們分開,然後將它們疊加在一起,產生宇宙之網遙遠部分的三維影像。其他研究最近也利用哈伯的超深場巡天拍攝了宇宙網細絲的微弱光芒。
天文學家分辨這些細絲的能力也將持續提升。KCWI 最近升級了一個新組件,可以看到光譜中波長較長的部分–較紅的部分–這基本上可以讓它在空間和時間上看得更遠。
該計畫的高級儀器科學家馬特烏斯-馬圖謝夫斯基(Mateusz Matuszewski)說:”有了KCRM(KCWI 新部署的紅色通道),我們就能看到更遠的過去。我們對這一新工具將幫助我們了解更遙遠的細絲以及第一批恆星和黑洞形成的時代感到非常興奮。”
這項研究發表在《自然-天文學》雜誌。在下面的影片中可以看到一大塊宇宙網絲的三維圖像。