这个发现,为后来的超星系团研究埋下了伏笔:如果星系团需要暗物质束缚,那么更大的结构——超星系团——必然需要更多的暗物质,其引力影响也会更深远。
2. 关键突破:桑德奇的“巡天计划”
1950年代,美国天文学家艾伦·桑德奇(Allan Sandage)启动了帕洛玛巡天(Palomar Sky Survey)——用帕洛玛天文台的48英寸望远镜,拍摄了全天2/3区域的深空照片。在整理照片时,桑德奇注意到:在人马座与室女座之间的天区,星系的分布明显比其他区域密集——它们不是随机散落的,而是呈现出“纤维状”的排列。
桑德奇将这个区域标记为“可疑的大尺度结构”,但没有足够的红移数据(红移是测量星系距离的关键)来确认其范围。直到1970年代,天文学家开始用光谱仪测量星系的红移,这个“可疑区域”的真面目才逐渐浮出水面。
3. 命名与确认:克劳斯与坎普萨诺的贡献
1978年,美国天文学家罗杰·克劳斯(Roger Clowes)和詹姆斯·坎普萨诺(James Campusano)利用英联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的射电望远镜,测量了这个区域中100多个星系的红移。结果显示:这些星系的红移非常接近(z≈0.05-0.1),意味着它们距离地球约6-8亿光年,且都朝着同一个方向运动——向着一个质量巨大的引力中心。
克劳斯和坎普萨诺将这个结构命名为“Clowes-Campusano LQG”(LQG是“大质量类星体群”的缩写,因为最初的观测涉及类星体),后来被广泛称为“克劳斯-坎普萨诺超星系团”。
4. 现代验证:SDSS与2dF的“全景图”
2000年后,斯隆数字巡天(SDSS)和2度视场星系红移巡天(2dF)的出现,让克劳斯-坎普萨诺的结构变得清晰:
SDSS用光电探测器扫描了三分之一的天空,测量了超过100万个星系的红移;
2dF则用英澳望远镜测量了25万个星系的红移。
这些数据拼接出一幅“宇宙地图”:克劳斯-坎普萨诺超星系团,以人马座A附近的区域为中心(注意:不是银河系中心的人马座A,而是天球上的人马座方向),向四周延伸出数条“纤维状”结构,跨度超过10亿光年,包含了沙普利超星系团(Abell 3574)、人马座超星系团(Abell 3627)等多个子结构。
四、规模与结构:10亿光年的“宇宙帝国”
克劳斯-坎普萨诺的“大”,不是抽象的数字——它有清晰的“边界”、复杂的“内部结构”,以及足以撼动宇宙的“质量”。
1. 空间尺度:10亿光年的“跨度”
克劳斯-坎普萨诺的共动直径(考虑宇宙膨胀后的实际大小)约为10亿光年——这相当于从地球到银河系边缘距离的100倍,或者从银河系到仙女座星系距离的2500倍。如果把它放在太阳系的位置,它的范围会覆盖从太阳到奥尔特云(太阳系的边缘,约1光年)的100万倍区域。
更直观的比喻:如果银河系是一个“乒乓球”,那么克劳斯-坎普萨诺就是一个“直径10公里的球体”——里面装着数万个“乒乓球”(星系)。
2. 内部结构:纤维与节点的“宇宙网”
克劳斯-坎普萨诺不是一个“实心球”,而是纤维状结构的集合——就像一张由丝线编织的网,丝线之间是稀薄的星系际介质,丝线的交点是密集的星系团。其主要子结构包括:
沙普利超星系团:位于克劳斯-坎普萨诺的“东部边缘”,包含约800个星系,是克劳斯-坎普萨诺的“引力引擎”之一;
人马座超星系团:位于“西部”,包含约500个星系,其中心是活动星系核(AGN),释放出强大的射电辐射;
Abell 3574:一个较小的星系团,位于“北部”,包含约200个星系,是连接克劳斯-坎普萨诺与邻近超星系团的“桥梁”;
暗物质晕:包裹着整个超星系团的“隐形外壳”,质量约为可见物质的10倍,是维持结构的关键。
3. 质量:101?太阳质量的“引力巨兽”
克劳斯-坎普萨诺的总质量约为101?个太阳质量(10^46千克)——这相当于银河系质量的1000倍,或者整个本星系群质量的100倍。其中:
可见物质(恒星、气体、尘埃)约占5%;
暗物质约占95%——这是通过星系运动学(测量星系的速度弥散)和引力透镜(暗物质的引力弯曲背景光)计算得出的。
如此巨大的质量,让克劳斯-坎普萨诺成为宇宙中引力最强的结构之一——它周围的星系,都在以300-500公里/秒的速度向它流动,就像水流向大海。
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