斯隆长城,一个名字闪耀在中国最美的八大草原之上,同时也是世界四大草原的璀璨明珠。每年夏季,盛大的那达慕大会在此举办,犹如繁星点缀的银河,吸引着无数游客前来观赏。在这里,你可以领略蒙古族的风情万种,观赏他们独特的服饰,欣赏他们精湛的骑马射箭和摔跤技艺。如果你喜欢骑马,那么额济纳旗的胡杨林将是你驰�� ⾨ 的天地,大自然的鬼斧神工将在这里展现。这里还是避暑的胜地,夏天的时候气温宜人,适合人们游玩。当地的特色美食,如手抓羊肉、烤全羊等,更是让人垂涎欲滴。
在中学时代,许多人都有一项特殊的技能——转笔。转笔高手们或许并不知道,这项技能实际上是一场心手相应的角动量考验。在宇宙的舞台上,我们的转笔技巧只能算是小儿科。宇宙,这个超级玩家,在各尺度的系统中玩转着角动量。
从小到大地月系统(约40万千米),到太阳系(约一光年),再到银河系(约十万光年),直到星系团(百万光年),宇宙的角动量表现令人叹为观止。素材来源网络提供的图片让我们一睹宇宙大尺度网络结构的风采,其尺度更是达到了数亿光年。
当我们仰望夜空,星系间的细丝结构——宇宙网络中的纤维状结构(Filament),如同横卧在宇宙中的巨型“铅笔”,壮丽而神秘。著名的斯隆长城便是其中一条长达13.8亿光年的细丝结构。研究人员不禁好奇,宇宙是否能在更大的尺度上展现其角动量的惊人表现?
为了探究细丝结构本身是否转动,研究人员借助了大样本巡天星系数据斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey)。经过重重筛选,研究人员认定出了大约17800余根细丝结构以及组成它们的21万个星系。如何测量这些细丝结构的角动量成为了一个全新的挑战。通过借鉴测量旋涡星系旋转的方法,研究人员获得了灵感并成功构建了细丝的旋转模型。在一根理想化的细丝中,包含六个被划分为A和B两个区域的星系,它们类似于旋涡星系的左右两侧。通过测量A、B区域星系相对于细丝整体的运动差异,即一边远离另一边靠近,便可以判断细丝是否有旋转。值得一提的是,这里讨论的细丝是沿着轴向转动,而日常的转笔大多是垂直于笔杆的方向转动。正在进行的研究表明,细丝的转动与转笔有着相似的模式。
宇宙的角动量游戏无处不在,从地月系统到星系团,从太阳系到宇宙网络结构,宇宙都在各个尺度上展现着其惊人的转动能力。而细丝结构的旋转研究只是揭开宇宙神秘面纱的一角,还有更多的奥秘等待着我们去探索。让我们共同期待,未来的科学研究能够带给我们更多关于宇宙角动量的惊喜发现。在宇宙的宏大叙事中,许多物理过程似乎都是随机事件的交织。科学家们,如同精巧的工匠,努力从混沌的随机现象中抽丝剥茧,揭示出深藏的宇宙法则。测量细丝旋转的过程亦是如此,一项看似简单的测量,背后却蕴含着丰富的科学内涵。
当我们谈论细丝的旋转,实际上是在描述一种从观测中获得的信号与随机模拟信号的对比与验证过程。这些随机模拟,如同宇宙的一面镜子,反映出星系和细丝在随机分布下的可能状态。研究人员利用高性能计算机进行了数十亿的随机模拟,对每一根细丝都进行了详尽的分析。
对比观测结果与模拟数据,我们发现真实观测的信号远远偏离了随机模拟的结果,这一偏离幅度高达大约四十个标准差(大约四十σ)。这意味着我们所观测到的信号是真实可靠的,宇宙中的每一根“超级铅笔”——总计一万七千八百根细丝,都在稳定而有力地旋转着。这种“转笔”并非随意为之,而是有其深层次的物理机制。
深入探究发现,这些细丝的旋转信号强度与它们的“温度”密切相关。“温度”在这里描绘的是组成细丝的星系运动的混乱程度。当细丝的“温度”较低时,其旋转信号更强;反之,“温度”越高,信号则越弱。这一发现为我们理解细丝旋转提供了更深入的视角。
而关于细丝旋转的平均曲线,更是一幅壮丽的画面。一万七千多个细丝样本叠加得到的平均旋转曲线呈现出倒睡的“S”型。这一曲线揭示了细丝旋转的普遍规律,而曲线的两个关键距离点——峰值位置和逐渐减少的区域——仍然笼罩在迷雾之中,等待着未来的科学研究去揭示其奥秘。
宇宙的“转笔”行为背后的原因引发了我们的无限遐想。在宇宙的早期,物质分布均匀,几乎无转动。但在宇宙各级结构形成的过程中,物质开始获得角动量,开始转动。这一过程中,潮汐扭矩理论为我们提供了一个可能的解释:微小的不均匀性导致的潮汐扭矩力是物质开始转动的原因。而在细丝结构的形成过程中,泽尔多维奇的近似理论为我们描绘了一幅生动的画面。这些理论为我们理解宇宙的转动提供了宝贵的线索。
细丝结构在宇宙中扮演着星系通往星系团的重要桥梁的角色,其重要性不言而喻。解开细丝转动的奥秘不仅有助于我们理解宇宙最大尺度的结构如何形成和演化,还可能对星系形成的研究产生深远的影响。未来的科学家们或许能揭开这个神秘面纱的一角,让我们更深入地了解宇宙的奥秘。
我们期待着揭开宇宙转笔背后的神秘面纱的那一天的到来。这项研究不仅为我们提供了关于宇宙的新视角,还激发了我们对未来探索的无限想象和热情。源自中国科学院紫金山天文台的这项研究,展示了科学家们不断探索和挖掘宇宙奥秘的决心和勇气。