天文學家發現宇宙中最大的旋轉結構之一

宇宙絲是宇宙中已知的最大結構。它們是巨大的線，就像星系和暗物質的網絡一樣，構成了宇宙網的框架。這些細絲還充當星系的物質和角動量的導管。局部細絲（其中許多星係以相同方向旋轉，並且整個結構似乎在旋轉）對於研究星系如何獲得自旋和氣體特別有價值。它們還提供了一種方法來測試有關旋轉如何在數千萬光年範圍內發展的想法。

富含氣體的星系的細線

在這項研究中，研究人員發現了附近 14 個富含氫氣的星系，它們位於一條狹長的帶狀區域，長約 550 萬光年，寬約 117,000 光年。這個薄結構是更大的宇宙細絲的一部分，宇宙細絲綿延約 5000 萬光年，包含 280 多個額外的星系。許多細鏈星系似乎以與細絲相同的方向旋轉，如果它們的方向是隨機的，則比預期的旋轉頻率要高得多。這一發現挑戰了現有的模型，並表明大規模的宇宙結構可以在比之前想像的更長的時間內塑造星系的旋轉。

研究小組還觀察到，細絲中央脊柱相對兩側的星係正在向相反的方向移動。這種模式表明整個燈絲作為單一結構旋轉。應用燈絲動力學模型，研究人員計算出大約 110 公里/秒的旋轉速度，併計算出燈絲密集的中心區域的半徑為 50 千秒差距（約 163,000 光年）。

星係就像旋轉的茶杯

主要作者 Lyla Jung 博士（牛津大學物理系）解釋了這一發現為何脫穎而出：“這個結構的非凡之處不僅在於它的大小，還在於自旋排列和旋轉運動的結合。你可以將它與主題公園中的茶杯騎行進行比較。每個星係都像一個旋轉的茶杯，但它是一個非常罕見的平台，可以了解星系如何從它們所居住的較大結構中獲得旋轉。”

燈絲看起來相對年輕並且基本上沒有阻礙。它富含氣體的星系及其低內部運動（被描述為所謂的“動態冷”狀態）表明它仍處於發展階段。由於氫是新恆星形成的關鍵成分，因此擁有大量氫儲備的星係正在積極收集或保留形成恆星所需的燃料。研究這些系統為了解星系演化的早期或持續階段提供了寶貴的見解。

追踪穿過宇宙網的氣體流動

富含氫的星係也可以作為氣體如何穿過宇宙細絲的有效示踪劑。原子氫很容易受到運動的影響，對於顯示氣體如何從細絲和星系流動特別有用。這些觀測結果幫助科學家了解角動量如何穿過宇宙網並塑造星系結構、旋轉和恆星形成。

這些發現還可以幫助改進內在星系排列的模型，這可能會妨礙即將進行的弱透鏡巡天的測量。其中包括歐洲航天局的歐幾里得航天器等任務以及智利維拉·C·魯賓天文台的觀測。

主要作者 Madalina Tudorache 博士（劍橋大學天文學研究所/牛津大學物理系）表示：“這條細絲是宇宙流動的化石記錄。它幫助我們拼湊出星系如何實現旋轉並隨著時間的推移而增長。”

結合強大的望遠鏡和調查

研究小組使用了南非 MeerKAT 射電望遠鏡的數據，該望遠鏡是世界上最強大的射電天文台之一，由 64 個相互連接的天線組成。旋轉的細絲是由天體物理學教授（牛津大學物理系）馬特·賈維斯（Matt Jarvis）領導的名為 MIGHTEE 的深空探測器發現的。無線電數據與暗能量光譜儀（DESI）和斯隆數字巡天（SDSS）的光學觀測相結合，揭示了一條宇宙細絲，顯示出星系的協調和大規模旋轉。

賈維斯教授說：“這確實顯示了結合來自不同天文台的數據來了解宇宙中大型結構和星系如何形成的力量。此類研究只能由具有不同技能的大型團隊才能完成，在這種情況下，通過贏得 ERC 高級補助金/UKIR 前沿研究補助金確實是可能的，該補助金是共同領導資助的。”

這項研究還涉及來自劍橋大學、西開普大學、羅德大學、南非射電天文台、赫特福德郡大學、布里斯托爾大學、愛丁堡大學和開普敦大學的研究人員。