宇宙中發現迄今最大旋轉結構之一：1400萬光年“刀鋒”星系長絲現身

天文學家近日報告稱，他們在距離地球約1.4億光年的位置，發現了一條由氫氣豐富星系組成的“刀鋒般纖細”星系長絲，并證實這一結構整體正在旋轉，被認為是迄今發現的最大旋轉結構之一。該研究發表在《皇家天文學會月刊》，有望為早期宇宙中星系如何形成和獲得自轉提供重要線索。

宇宙中的“宇宙網”由巨大的暗物質和星系細絲構成，這些宇宙長絲既是結構骨架，也像“高速公路”，為星系輸送物質和動量。研究團隊指出，就近空間中那些包含大量同向旋轉星系的長絲，特別適合用來研究星系是如何從更大尺度結構中“接盤”自轉和氣體的，也可以檢驗現有關于宇宙大尺度旋轉如何在數千萬光年尺度上逐步積累的理論。

此次觀測中，團隊發現了14個富含中性氫氣體的鄰近星系，它們幾乎排成一線，形成一條長度約550萬光年、寬度僅約11.7萬光年的極薄長絲。這條“細絲”嵌入在一個規模更大的宇宙長絲中，后者包含超過280個星系，總長度約5000萬光年。觀測顯示，其中有相當多星系的自轉方向與整條長絲的旋轉方向一致，遠高于隨機分布情況下的預期，這對現有理論構成挑戰，暗示宇宙大尺度結構對星系自轉的影響可能更強、持續時間更長。

科研人員還發現，位于長絲“主脊”兩側的星系呈現出反向運動的特征，表明整個結構在整體自轉。通過長絲動力學模型推算，他們給出了約每秒110公里的旋轉速度，并估算出長絲致密中心區域的半徑約為5萬秒差距（約16.3萬光年）。研究團隊形象地將這一現象比作游樂園中的“旋轉茶杯”：每個星系就像一只自轉的茶杯，而承載它們的平臺——宇宙長絲本身也在旋轉，這種“雙重旋轉”為理解星系如何從其所處大尺度結構中獲得自轉提供了難得的窗口。

從動力學特征看，這條星系長絲似乎仍然年輕且相對“未受擾動”。大量富氫星系的存在以及內部運動幅度較低，顯示其處于所謂“動力學冷”狀態，可能仍處在演化早期階段。由于氫氣是恒星形成的原料，富氫星系往往意味著這些星系仍在積極吸積或保留形成恒星所需的“燃料”，因此為研究星系形成和演化的早期或進行時階段提供了理想樣本。

中性氫氣體對運動擾動極為敏感，因此富氫星系也是追蹤宇宙長絲中氣體流動的優秀“示蹤器”。通過觀測氫氣分布和運動，科研人員可以更清楚地看到氣體如何沿長絲被“輸送”進星系，從而推斷角動量如何在宇宙網中傳遞，進而影響星系的結構、自轉以及恒星形成效率。這一成果也被寄望于為未來的宇宙學弱引力透鏡觀測提供參考，因為星系本身的固有形狀和取向會對相關測量造成“本征對齊”污染，需要在模型中加以刻畫和校正。

這項工作使用了位于南非、由64面互聯射電天線組成的MeerKAT射電望遠鏡的數據，該設備是當今最強大的射電望遠鏡之一。研究團隊在名為MIGHTEE的深空巡天項目中識別出這條旋轉長絲，并結合暗能量光譜儀（DESI）和斯隆數字巡天（SDSS）的光學觀測，確認其既存在星系自轉方向的整體對齊，又呈現大尺度整體旋轉。研究負責人之一表示，這條長絲就像一份“宇宙流動的化石記錄”，幫助人們追溯星系如何在漫長宇宙歷史中積累自轉并逐步成長。