近日，中國科學(xué)院上海天文臺（以下簡稱上海天文臺）牽頭的國際合作團隊，包括中國科學(xué)院紫金山天文臺、浙江大學(xué)、德國馬普天體物理研究所及德國波茨坦天體物理研究所等多家研究機構(gòu)的科研人員，首次給出了宇宙大尺度纖維狀結(jié)構(gòu)（Cosmic Filaments）半徑的定義，相應(yīng)成果¹于2024年7月24日發(fā)表在英國《皇家天文學(xué)月報》（MNRAS）雜志上。

纖維狀結(jié)構(gòu)是宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中最顯著的結(jié)構(gòu)之一，由眾多暗物質(zhì)（暗物質(zhì)暈）和重子物質(zhì)（星系）組成的細長結(jié)構(gòu)，其典型尺寸大約是10 Mpc長、1-2Mpc粗細 (1Mpc大約等于326萬光年)。纖維狀結(jié)構(gòu)是連接宇宙更大尺度結(jié)構(gòu)和星系乃至星系團尺度的物質(zhì)輸送高速公路，是處于線性演化和非線性演化的過渡階段。因此，它在宇宙結(jié)構(gòu)形成和星系形成和演化研究領(lǐng)域都有著非常重要的地位。

然而，此前的研究工作都沒有明確給出物理意義上纖維結(jié)構(gòu)的邊界（半徑）的概念，對于纖維結(jié)構(gòu)自身性質(zhì)的研究，乃至纖維結(jié)構(gòu)-星系協(xié)同演化的研究存在一定的問題和困難。上海天文臺領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊利用斯隆星系巡天（SDSS）數(shù)據(jù)和MillenniumTNG數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，利用纖維結(jié)構(gòu)搜尋方法DisPerSE首先得到纖維結(jié)構(gòu)，隨后分析了宇宙大尺度纖維結(jié)構(gòu)中星系的空間分布，計算了纖維結(jié)構(gòu)周圍星系的密度分布情況，發(fā)現(xiàn)星系分布的密度梯度在大約1Mpc處存在最小值，該值被定義為纖維結(jié)構(gòu)的半徑（如圖一所示），該數(shù)值和團隊先前研究纖維結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)預(yù)言的半徑數(shù)值相符²。研究顯示，觀測結(jié)果和理論預(yù)言完全吻合，研究結(jié)果不僅第一次給出了物理意義上纖維結(jié)構(gòu)的邊界（半徑）的具體定義和具體數(shù)值，還給出了纖維結(jié)構(gòu)半徑的演化模式（圖二所示）。研究發(fā)現(xiàn)，在紅移z>1時，纖維結(jié)構(gòu)的半徑由于物質(zhì)塌縮逐漸減小，而在紅移z<1時，纖維結(jié)構(gòu)的半徑由于物質(zhì)的吸積有略微的增大。

上述研究成果對探討宇宙大尺度纖維結(jié)構(gòu)的形成和演化，以及纖維結(jié)構(gòu)在星系形成和演化過程中起到的作用都具有科學(xué)意義。

圖一，上圖分別展示的是觀測（左圖）和數(shù)值模擬（右圖）中纖維結(jié)構(gòu)周圍星系分布的密度輪廓。下圖展示的是密度梯度。

圖二，上圖是數(shù)值模擬中，纖維結(jié)構(gòu)半徑隨紅移的演化。下圖示意了模擬中較長的纖維結(jié)構(gòu)（藍色）和較短的纖維（紅色）半徑的演化。

該研究在科技部SKA重點專項、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊、中國空間站望遠鏡預(yù)研究項目和上海市浦江人才計劃項目的支持下完成。

論文鏈接：https://academic.oup.com/mnras/article/532/4/4604/7720525?searchresult=1

科學(xué)聯(lián)系人：

王鵬 pwang@shao.ac.cn

郭宏 guohong@shao.ac.cn

參考文獻：

1.?The Boundary of Cosmic Filaments，Wei Wang，Peng Wang* & Hong Guo* et al. MNRAS