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武仙-北冕座長城

武仙－北冕座長城（英語：Hercules-Corona Borealis Great Wall）是宇宙中一個由星系組成的巨大超結構，延伸超過100億光年[1][2]，是可觀測宇宙中已知最巨大的結構。天文學家於2013年11月使用雨燕衛星和費米伽瑪射線空間望遠鏡的觀測資料將發生在遙遠宇宙的多次伽瑪射線暴位置繪製成分佈圖時發現了這個巨大結構[1][2][4]。

武仙－北冕座長城
Hercules-Corona Borealis Great Wall
以18張哈伯太空望遠鏡影像拼接而成的巨大星系團MACS J0717.5+3745影像。影像中有大量的暗物質存在（淡藍色），可能與武仙－北冕座長城類似。（此圖並非武仙-北冕座長城的完整真實圖像，只是一個巨大星系團的圖像，武仙-北冕座長城的尺度遠遠大於此。）
來自：哈伯太空望遠鏡
觀測數據（曆元J2000）
星座武仙座和北冕座[1]
長軸3 Gpc（9,785 Mly）[1][2]
紅移1.6 to 2.1[1][2]
距離
（共動）		96.12到105.38億光年（光行距離）[3]
150.49到176.75億光年
（今日的同移距離）[3]
參見：超星系團
伽瑪射線暴是釋放強烈輻射的天文事件，可用來追蹤遙遠宇宙的物質分解。本圖是GRB 080319B的想像圖。

概要

武仙－北冕座長城是大尺度纖維狀結構的一部分[2]，或者是以重力結合的巨大星系群。該長城的長度最長端橫跨100億光年（30億秒差距），另一端的長度則是72億光年（22億秒差距，在紅移空間的紅移速度150,000 km/s）[2]，是宇宙中已知最大的單一結構。武仙－北冕座長城的紅移值為1.6到2.1，相當於距離地球約100億光年[1][2]。它的名稱由來是因為它在天球上的投影位置在武仙座和北冕座[4]。

發現

 
 
天文學家使用雨燕衛星（上）和費米伽瑪射線空間望遠鏡（下）觀測的資料發現了武仙－北冕座長城。

伽瑪射線暴是宇宙中已知釋放能量最強的天文事件之一。它的本質是遙遠巨大恆星死亡時的災難性爆炸產生的極為明亮伽瑪射線釋放。伽瑪射線暴是相當少見的天文事件，在類似銀河系的星系中平均每數百萬年發生一次。因為目前的理論認為伽瑪射線暴是光度極高的巨大恆星爆炸形成，這樣的巨大恆星一般來說應會形成於物質較濃密區域；因此伽瑪射線暴可以當作星系的標準燭光以追縱宇宙中物質分裂的區域。

天文學家伊什特萬·霍瓦特（Istvan Horvath）、喬恩·哈基拉（Jon Hakkila）和若爾特·鮑戈伊（Zsolt Bagoly）分析1997到2012年的觀測資料[1][2][5]，並且將全天分為9個區域，每個區域各31個伽瑪射線暴。在這些分區資料中，31個伽瑪射線暴中的14個集中在45°寬，即全天八分之一的徑向區域，並且紅移值1.6到2.1。柯爾莫諾夫-斯米爾諾夫檢驗的結果顯示，這項伽瑪射線暴大量集中在一定區域的狀況無法完全歸因於因為資料選擇造成的偏差。如果許多伽瑪射線暴發生在這一區域，就必須要有數千甚至數以百萬計以上的星系才有可能。因此最後的結論認為該區域存在長度約史隆長城6倍以上，並且距離地球約100億光年的結構體。

均勻性問題

根據宇宙學原理，在足夠大的尺度下的宇宙是接近均勻的，這代表在宇宙中數量上的隨機性波動事件，例如不同區域之間的物質密度差異並不大，這代表宇宙中的物質與能量必須是均勻且各向同性分佈。因為物理定律和作用力（例如重力）被預期在整個宇宙中無論哪一處的機制都是相同的；因此在足夠大的尺度下關鍵的各種隨機分佈不會有能量測到的差異。不過，有多個不同尺度存在以解釋對應的同質性尺度，以及依照不同狀況下的適當定義（即不同的定義取決於測量者量測使用的均勻性尺度）。而當前用來解釋均勻性尺度問題的理論則是「偉大的結局」；這項解釋性的量測表示即使是在最大的尺度下，透過這裏論所見的宇宙外觀上仍是均勻性的。目前被公認的「偉大的結局」所需尺度大約是2.5到3億光年，如果和宇宙微波背景輻射決定的宇宙外觀常態密度一起計算其尺度，均勻性尺度的上限大約是前述的4倍（10到12億光年或3.07到3.7億秒差距），是目前均勻性尺度上限最佳擬合解。然而，Jaswant Yadav 等人提出基於宇宙的分形維數，該尺度的值應該是 260/h Mpc[6]，小於以上的值。部分科學家則指出基於均勻性尺度的量測，結構的最大尺寸大約是70-130/h Mpc[7][8][9]。因為按照宇宙中物質是均勻和各向同性，先前並不預期宇宙中會存在比上述尺度上限更大的結構。儘管如此，仍發現了比前述尺度上限更大的結構體，例如：

1991年發現的柯羅威斯－坎普薩諾超大類星體群（英語：Clowes-Campusano LQG）橫跨5.8億秒差距，稍大於上述的尺度上限。

2003年發現的史隆長城長度4.23億秒差距[10]，也稍大於推測的尺度上限。

2011年發現的超大類星體群 U1.11 長度達到7.8億秒差距，是推測尺度上限的兩倍。

2012年發現的巨型超大類星體群（Huge Large Quasar Group，Huge-LQG）長度是12.4億秒差距，是均質性尺度上限的3倍[11]。然而，這個結構內單獨類星體的規模沒有機會和其他類星體發生關聯，無法以此得知該結構形成可能性的證據[12]。

武仙－北冕座長城的長度在均勻性尺度上限的8倍以上[4]，相當於可觀測宇宙的10.7%。按照宇宙學原理，和宇宙其他部分相比這個結構應該是不均勻性的，甚至在「偉大的結局」尺度下也是如此。這項發現讓宇宙學原理受到更進一步的質疑，而目前對宇宙描述的數學模型可能太過簡化，不足以反映宇宙的狀況。天文學家也準備對該區域的伽馬射線暴進行更進一步的觀測以了解其細節[4]。

宇宙演化問題

武仙－北冕座長城的發現也衍生了宇宙演化模型的問題。該結構距離地球100億光年意味着它的年齡為100億年，或大爆炸後37.9億年形成。然而，目前的宇宙演化模型並不允許這樣的結構在宇宙誕生後僅30多億年內形成，因為這樣的結構太龐大和太複雜，不應該在早期宇宙中形成。目前仍不知道這樣的結構是如何形成的。[4]

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two. 2014. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. The largest structure of the Universe, defined by Gamma-Ray Bursts. 2013. Bibcode:2013arXiv1311.1104H. arXiv:1311.1104  . 
  3. ^ 3.0 3.1 Redshift-distance relation. [2014-01-14]. （原始內容存檔於2016-03-29）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Irene Klotz. Universe's Largest Structure is a Cosmic Conundrum. discovery. 2013-11-19 [2013-11-22]. （原始內容存檔於2016-05-16）. 
  5. ^ Gamma-Ray Burst Online Index, Data source 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2014-02-13.
  6. ^ Yadav, Jaswant; J. S. Bagla and Nishikanta Khandai. Fractal dimension as a measure of the scale of Homogeneity. Monthly notices of the Royal Astronomical Society. 25 February 2010, 405 (3): 2009–2015 [15 January 2013]. Bibcode:2010MNRAS.405.2009Y. arXiv:1001.0617  . doi:10.1111/j.1365-2966.2010.16612.x. （原始內容存檔於2017-01-10）. 
  7. ^ Hogg, D.W. et al., (May 2005) "Cosmic Homogeneity Demonstrated with Luminous Red Galaxies". The Astrophysical Journal 624: 54-58. arXiv:astro-ph/0411197 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Bibcode:2005ApJ...624...54H （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. doi:10.1086/429084.
  8. ^ Scrimgeour, Morag I. et al., (May 2012) "The WiggleZ Dark Energy Survey: the transition to large-scale cosmic homogeneity". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 425 (1): 116-134. arXiv:1205.6812 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Bibcode: 2012MNRAS.425...116S （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. doi: 10.1111/j.1365-2966.2012.21402.x.
  9. ^ Nadathur, Seshadri, (July 2013) "Seeing patterns in noise: gigaparsec-scale 'structures' that do not violate homogeneity". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in press. arXiv:1306.1700 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Bibcode: 2013MNRAS.tmp.1690N （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. doi: 10.1093/mnras/stt1028.
  10. ^ Gott, J. Richard, III; et al. A Map of the Universe. The Astrophysical Journal. May 2005, 624 (2): 463–484. Bibcode:2005ApJ...624..463G. arXiv:astro-ph/0310571  . doi:10.1086/428890. 
  11. ^ Clowes, Roger; Harris; Raghunathan; Campusano; Soechting; Graham; Kathryn A. Harris, Srinivasan Raghunathan, Luis E. Campusano, Ilona K. Söchting and Matthew J. Graham. A structure in the early Universe at z ∼ 1.3 that exceeds the homogeneity scale of the R-W concordance cosmology. Monthly notices of the royal astronomical society. 2012-01-11, 1211 (4): 6256 [14 January 2013]. Bibcode:2012arXiv1211.6256C. arXiv:1211.6256  . doi:10.1093/mnras/sts497. （原始內容存檔於2016-10-17）. 
  12. ^ Gaite, Jose, Dominguez, Alvaro and Perez-Mercader, Juan (August 1999) "The fractal distribution of galaxies and the transition to homogeneity". The Astrophysical Journal 522: L5-L8. arXiv:astroph/9812132 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Bibcode: 1999ApJ...522L...5G （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. doi: 10.1086/312204.

參見

外部連結

  • Horváth, István; Bagoly, Zsolt; Hakkila, Jon; Tóth, L. Viktor. New data support the existence of the Hercules-Corona Borealis Great Wall （英文） // Astronomy and Astrophysics : journal. — 2015. — Vol. 584. — P. A48. — doi: 10.1051/0004-6361/201424829. — Bibcode: 2015A&A...584A..48H. — arXiv:1510.01933.
  • Horváth, István; Bagoly, Zsolt; Hakkila, Jon; Tóth, L. Viktor. Anomalies in the GRB spatial distribution // Proceedings of Science. — Bibcode: 2014styd.confE..78H. — arXiv:1507.05528.
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