研究發現連接宇宙的“宇宙網”塑造了星系中的暗物質

現在，由愛丁堡大學天文學研究生Callum Donnan領導的一個團隊，已經確定了星系的化學構成與它們在宇宙網中的位置之間的關鍵關聯。根據周一發表在《自然-天文學》上的一項研究，該小組利用現實生活中的觀察和計算機模擬，發現“靠近節點的星系比遠離節點的星系顯示出更高的化學富集度”，這一發現揭示了連接宇宙的一些神秘的動力學。

Donnan在一封電子郵件中說：“人們已經推測了一段時間，星系如何演化和它們在宇宙網中的位置之間存在著聯系。然而，由于需要進行覆蓋大部分天空的大型、密集的光譜調查，獲得觀測證據一直很困難。最近已經有了這方面的結果，但是氣體特性如何與宇宙網聯系在一起，以前還沒有進行過詳細的探討。”

為了研究這個問題，Donnan和他的同事們研究了新墨西哥州的斯隆數字天空測量(SDSS)所觀察到的距離銀河系約10億光年內的星系，該測量覆蓋了天空的巨大區域。該小組研究了這些現實中的星系中星際空間的氣體元素構成，這一屬性被稱為氣相金屬性。

研究結果顯示，靠近宇宙網節點的星系含有更豐富的“金屬”，在天文學中指的是比氦氣更重的任何元素。研究人員還觀察到了與網絡絲線的接近程度有較弱的相關性，網絡絲線是延伸到宇宙中的線，將節點連接在一起。研究小組使用IllustrisTNG平臺進行了復雜的宇宙學模擬，這支持了觀察到的結果。

重要的是，該方法顯示，即使考慮到其他因素，如宇宙中某一特定區域的密度，一個星系在宇宙網中的位置也會調節其化學含量。

Donnan指出：“我們懷疑會有這樣的關系，因為星系不是孤立的系統，而是與它們的環境相互作用。然而，我們并不確定究竟會發生什么，因為這里有許多物理過程在起作用。過去有一些證據表明，宇宙中過密區域的星系在化學上是富集的，但沒有任何東西是著眼于整個宇宙網的規模的。”

自然，這就提出了一個問題，即為什么與那些沿絲線分布的星系或宇宙網中的空“voids”相比，位于節點附近的星系富含更多金屬。Donnan的團隊分離出了這種關系的兩個主要驅動因素。對星系外部氣體的吸收以及星系內部恒星和暗物質的演變。

星系以星系間介質中散落在太空中的氣體為食，但那些離節點較遠的星系比靠近節點的星系消耗的外部物質要多得多。由于星系間的氣體是貧金屬的，它稀釋了遠處星系的富集氣體，降低了它們的整體氣相金屬性。靠近節點的星系不會消耗那么多的這種貧金屬物質，這有助于使它們保持較高濃度的重元素的化學富集。

此外，靠近結點的星系似乎比位于遠處的星系更早成熟。這些星系在孕育新的恒星和收集暗物質方面占據了先機，暗物質是一種神秘的物質，構成了宇宙中的大部分物質。

“我們認為，靠近節點的星系在過去有更活躍的恒星形成，其他結果顯示，靠近節點的星系更早地組裝了它們的暗物質，”Donnan說。“我們認為，這表明宇宙中大型暗物質結構的基本形成與氣體金屬性之間存在著聯系，通過增加早期恒星形成。”

鑒于這些天文互動的規模和復雜性，弄清宇宙網和星系演變之間的這些細微聯系是一項艱巨的任務。Donnan和他的同事說，他們的發現代表了研究中“朝著這個目標邁出的重要的第一步”，但他們也強調，新技術將在未來完善這些奧秘。特別是，將于2020年代中期完成的暗能量光譜儀（DESI），將有助于揭露這個史詩般的宇宙結構與它內部和周圍的星系之間的一些隱藏聯系。

Donnan表示：“有了暗能量光譜儀（DESI），我們將擁有更多數量級的星系的光譜，這將使我們能夠推動這個問題的發展，并開始真正解開宇宙網影響星系演變的方式。DESI還將使我們能夠在更遠的時間看到這種影響，因此我們可以看到宇宙網在星系演化中的作用是如何隨時間變化的。”

“這里的大背景是試圖產生一個完整的星系演化圖景，我們已經表明，為了做到這一點，我們需要考慮宇宙網的作用，”他總結道。“特別是在星系的復雜氣體物理學方面有很多不確定性，我們已經證明了宇宙網在其中發揮了作用。另外，試圖將宇宙的大尺度結構如何增長，與星系如何演化聯系起來，對于理解整個宇宙的演化非常重要，因為它可以幫助我們更好地理解宇宙學。這有助于在最大尺度的物理學和較小的星系尺度的物理學之間建立一座橋梁。”