近日，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱上海天文臺(tái)）牽頭的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，包括中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、浙江大學(xué)、德國(guó)馬普天體物理研究所及德國(guó)波茨坦天體物理研究所等多家研究機(jī)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(guó)《皇家天文學(xué)月報(bào)》（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(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，其典型尺寸大約是10 Mpc長(zhǎng)、1-2Mpc粗細(xì) (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(tuán)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(duì)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(tái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)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(jì)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(tuán)隊(duì)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(cè)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(shí)，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(shí)，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(duì)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(cè)（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(zhǎng)的纖維結(jié)構(gòu)（藍(lán)色）和較短的纖維（紅色）半徑的演化。

該研究在科技部SKA重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)、中國(guó)空間站望遠(yuǎn)鏡預(yù)研究項(xiàng)目和上海市浦江人才計(jì)劃項(xiàng)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(xiàn)：

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