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伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”

2025-04-22 07:12阅读：413

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伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”
By Robert Lea published 2 hours ago
The Universe
“它比大多数它可能被比较到的东西的尺寸更大”。
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伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”


大力神-北冕长城的描画。我们的整个星系坐落在这些的一条小线上。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))
宇宙的最大结构大力神北冕长城由于它的难以置信的广袤尺寸已经对用宇宙模型来解释是一个挑战，现在用宇宙中最强大的能量伽马射线爆炸（GRBs），天文学家已经发现这个结构甚至比他们意识到的更大。此外研究小组甚至发现大力神-北冕长城的部分实际上比之前怀疑的更接近地球。
大力神-北冕长城是一个所谓的超星系团星系；它是宇宙之网的一个细丝，围绕它宇宙中第一批星系聚集和成长。它的名字被渴望成为一名天文学家的菲律宾少年约翰德里克·瓦尔迪兹捏造。然而，这个名字不是很字面的。这是因为圆形的长城不仅跨越大力神星座和北冕星座还跨越从靴子座到双子座的天球区域。
2014年，由伊斯特万·霍瓦特、乔恩·哈基拉和兹索尔特·巴戈利领导的团队首次发现了大力神-北冕长城，他们领导的团队现在已经比以往任何时候都更准确的确定了这个结构的尺寸。特别是该团队发现它延伸过一个比之前计算的更大的径向范围。在这项研究之前，科学家们没有意识到附近的一些伽马射线暴也是这个巨大结构的部分。
这一发现是超常的，因为我们知道大力神-北冕长城已经覆盖一个100亿光年宽、72亿光年几乎10亿光年厚的面积！对上下文，这足以容纳超过94000个银河系并排位沿着长城最长的一侧，这大约延伸出去到整个可观测宇宙总宽度的10%。
亨茨维尔阿拉巴马大学的乔恩·哈基拉告诉太空网站，“由于大力神-北晕长城最远的程度难以证实，最有趣的发现是它最近的部分比之前已经识别的更靠近我们”。
我们的家乡星系银河系是另一个不同的叫拉尼阿基亚超星系团的部分，它5亿光年宽，与大力神北冕长城相形见绌。事实上，该团队说后一种结构的真实程度目前尚不确定。
哈基拉说，“我们的伽马射线爆发样本不足够大，不能对北冕长城的最大尺寸放上比我们已经有的更好的上限，但它可能比我们之前已经识别的更远延伸100亿光年。它比它被比较到任何东西的尺寸更大”。
伽马暴如何能被用为一种测量工具
伽马射线暴对2014年发现大力神-北冕长城是关键，对最近这个广袤的宇宙结构的更深入调查是真的。哈基拉解释说，考虑到宇宙中最明亮和最高能的爆炸，两种不同类型的伽玛射电暴被认为源于两种恒星质量黑洞的形成机制。
长时间伽马射线暴是持续两秒钟的高能伽马射线爆炸，来自导致一个超新星爆炸的大质量恒星的核心坍塌。另一方面，短时间的伽马射线暴被认为起源于双星系统中两个被称为中子星的超密恒星残骸的碰撞和合并。
哈基拉说，在这两种案例中来自恒星系统坍塌产生的巨大能量以相对论性粒子喷流的形式被甩射出来。远离一个喷嘴，粒子反应来产生伽马射线和x射线，伽马射线爆发能被在难以置信的大距离看到，因为它们是如此明亮。

伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”
一幅图显示从一个垂死的大质量恒星爆发的伽马射线爆发。 (Image credit: Robert Lea (created by Canva))
哈基拉说，因为伽马射线爆发被相关到垂死的恒星或两颗死亡的恒星的碰撞，而且因为恒星被发现在星系中，伽马射线爆发也能作为星系所在地方的测量。由于它们是多亮，伽玛射线暴能表明一个星系的存在，甚至当该星系本身太暗看不见时。
哈基拉说，“伽马射线暴的巨大亮度允许它们被标记为物质能被在宇宙中发现的位置”。
长城对宇宙学 “太大”了吗？
像大力神-北冕长城这样的结构如此困惑科学家们的部分原因与宇宙学原理有要做的，大多数宇宙模型都被建立在宇宙学原理之上。
宇宙学原理提示宇宙在大尺度上是匀质的和各向同性的，这意味着在各个方向中它看起来都应该是一样的。然而用伽马射线爆发追踪物质的位置表明不是这种情况。
哈基拉解释说，“令人惊讶的是伽马射线爆发在北部星系天空比在南部星系天空中聚集更明显”。
在他们的新论文中，哈基拉和他的同事们断言，按照宇宙学原理如果物质的扩散是匀质的和各向同性的，任何大于12亿光年的宇宙结构在138亿岁老的宇宙中都不应该有过足够的时间。
因此，作为一个巨大的100亿光年结构的星系，位于大约100亿光年外(正如被朝向地球上方天球西北区域密集的伽马射线爆发聚集表明的那样大力神-北冕长城确定的挑战宇宙学原理)。
哈基拉补充道，“一些理论宇宙学模型能解释这么大的结构，而其他的不能，陪审团还在它都意味什么上”。

伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”
由超大质量提供动力的类星体追踪的大力神-北冕长城。 (Image credit: Horváth et al. 2015)
该团队利用主要被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜和尼尔·格雷尔斯·斯威夫特天文台直到2018年为止收集的542个伽马射线爆发观测结果的数据库得出了他们的大力神北冕长城大小的新线索。
伽马射线爆发在宇宙学中是有用的测量工具，有一些警告。主要的一个是要用巨大量的伽马射线爆发观测来得出关于它们的分布的有意义的结论。
此外，如果科学家想要得出关于宇宙结构的准确结论，在空间中伽马射线爆发起源位置的错误识别必须被消除。这样，在科学家能用伽马射线暴来收集更好的大力神-北冕长城的图片之前要用很长时间。
哈基拉说，“已经用了多年的观测来收集这么大的样本，主要用来自费米和斯威夫特的数据，它们一直在建立这个前所未有的数据集中是有用的。汇集这样规模的样本花费了20多年的观测，我们不预计在近未来中有显著的增加”。
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向前移动，该团队打算继续分析用于本研究的样本中的伽马射线爆发属性。
哈基拉解释道，“我们可能需要比以前已经做的更仔细、更详细研究它。展望未来，新的使命对克服当前的限制是至关重要的。我们正在积极贡献到欧空局提议的被设计革命化伽马射线爆发研究的瞬态高能源和早期宇宙测量者（THESEUS）的发展”。
以它无与伦比的灵敏度和天空覆盖范围，哈基拉说瞬态高能源和早期宇宙测量者被预计将急剧增加已知伽马射线爆发的数量，特别是在更大的宇宙距离或高红移上。
哈基拉说，“这可能最终提供需要全面映射大力士-北冕长城的观测杠杆，提供一个理解大尺度结构形成和宇宙之网中的突破”。
该团队研究的预同行评审版本出现在论文存储库网站arXiv上.
伽马射线爆发揭示宇宙中最大的结构比我们知道的更大、更接近地球：“陪审团仍不知它都意味什么”

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