星系團中高溫氣體產生的X射線（紫色） 圖片來源：ESA and XMM-Newton （X射線）；CFHTLS （可見光）

           ※我們生活在不對稱的宇宙中？研究質疑宇宙基本特性※

                      2020年04月21日09:40 環球科學 

宇宙大尺度上的各向同性，即在各個方向上物質分佈均勻、膨脹速率一致，是現代宇宙學的重要基石。不過最近，這一假說遭受了一批天文學家的挑戰。借助兩台強大的X射線望遠鏡，以及一個經驗性的關係式，他們得出了頗具爭議的結論——宇宙在不同方向上的膨脹可能是不均勻的。不過，在另一些天文學家看來，這個令人興奮的結論，卻存在大量值得注意的疑點與漏洞。

挑戰宇宙各向同性

當我們用天文望遠鏡鎖定宇宙的一片區域，會觀察到什麼景象？可能是一顆正在吞噬周圍物質的黑洞；可能是伸出旋臂，緩慢旋轉的旋渦星系；也可能是看似空無一物的星際空間。這些紛繁複雜的元素，共同構成了這個經歷了138億年演化的宇宙。但是，當我們的視野變得更加開闊，直至以數十億光年的尺度看待這個宇宙時，這時的宇宙單元依舊是如此豐富而變化多端嗎？

不。恰恰相反，無論我們將目光鎖定在宇宙的任何方向，宇宙都是一致、沒有任何變化的。這就是現代宇宙學的重要基礎—— 宇宙尺度上的各向同性。

宇宙的各向同性源自一個很自然的想法：在宇宙大爆炸之後的暴脹階段，宇宙空間向各個方向快速膨脹。在這個過程中，宇宙的不均一性被消除。而隨後的持續膨脹過程，在各個方向上也不應該存在任何特殊之處。

宇宙各向同性的設想，也得到了大量天文觀測數據的支持。尤其是當Arno Penzias和Robert Wilson捕捉到宇宙微波背景輻射（CMB）——宇宙大爆炸38萬年時遺留下的輻射印跡時，儘管在局部存在一些漲落，但它在宇宙尺度上均勻的分佈，為宇宙各向同性的假說提供了重量證據。

不過最近，這一現代宇宙學的根基遭到了挑戰。提出質疑的是德國波恩大學與哈佛-史密森尼天體物理中心的一支聯合研究團隊，他們藉助兩台X射線天文望遠鏡——美國航空航天局（NASA）的錢德拉X射線望遠鏡，以及歐洲空天局（ESA）XMM牛頓望遠鏡的X射線觀測數據，提出了不同的觀點。

線性關係

這項研究關注的焦點，是星系團中的X射線。之前有研究發現，星系團的X射線光度，與瀰漫在星系團中的高溫氣體的溫度，存在有趣的線性關係。基於這樣的經驗關係，天文學家得以通過這樣的思路推斷X射線源的距離——利用兩台X射線望遠鏡，可以測出星系團中高溫氣體的X射線輻射，即氣體的溫度；而氣體溫度與X射線光度存在線性關係，因此溫度可以轉化為X射線光度，即X射線源的距離。注意，這裡的距離是獨立於宇宙膨脹速率的。

此後，研究人員可以通過另一種手段測定這些星系團的距離——只不過，這種測量手段是與宇宙膨脹速率相關的。因此，當這兩種手段推斷出的星系團距離信息相結合，就能告知我們星系團所處區域的膨脹速率。如果我們擁有來自宇宙不同區域、數量足夠多的膨脹速率信息，就有機會驗證宇宙各向同性的猜想，或者，找到宇宙各向異性的蛛絲馬跡。

研究團隊利用當今兩台最著名的X射線望遠鏡，獲得了共313個星系團的數據。其中包括錢德拉X射線天文台在191天的曝光時間中，觀測到的237個星系團；以及XMM牛頓望遠鏡在35天內觀測到的76個。隨後，為了進一步驗證其結果，研究團隊還結合了此前XMM牛頓望遠鏡和ASCA宇宙學和天體物理學高新衛星的大量數據。這樣，共有近850個星系團的距離信息被用於這項分析。

在這些星系團數據的幫助下，研究人員果然有了令人欣喜的發現：正如下圖所示，在兩片區域，哈勃常數明顯偏離了平均值。其中，黃色區域的宇宙膨脹速率超出了預期；紫色區域的膨脹則比平均數值更慢。一言以蔽之，宇宙的各向同性被打破了。

暗能量分佈不均？

如果作者的結論成立，這將是對現代宇宙學的一次強有力的衝擊。宇宙在大尺度上的各向異性，意味著我們對於宇宙基本結構的認知，還存在不完善的地方。那麼，導致宇宙各向異性的因素可能是什麼？

前面已經說到，宇宙微波背景輻射在大尺度上有著幾乎完美的均一性。物質在宇宙中的分佈仍是均勻的，那麼問題，可能來自佔據宇宙總質量近70%的暗能量：暗能量，驅動宇宙加速膨脹的力量，自身可能不是均勻分佈的。

也就是說，在暴脹產生早期宇宙之後，隨後的數十億年間，暗能量在整個宇宙中的分佈並不是我們此前想像的那樣均勻——它在一些方向上更加密集，而另一些區域則較為稀薄。這樣的差異，造就了宇宙的“傾斜”。

這樣的假設並無不妥，因為暗能量本身就是天文學家為了解釋宇宙加速膨脹而提出的概念。對於暗能量的構成、分佈等信息，我們至今認識有限。如果我們此前對宇宙膨脹空間分佈的認識存在偏差，那麼暗能量的分佈方式自然可以隨之改變。

巨大爭議

看上去，我們正在見證一項令人激動的突破。這樣的可能性當然存在，但問題在於，這項研究的結論或許並不牢靠，甚至有著多項潛在的誤差來源。

首當其衝的，是研究方法本身。前文提到，這項研究使用的X射線光度與氣體溫度的線性關係，是基於經驗總結的。在論文圖表中，我們能夠看到，通過兩台望遠鏡得到的關係斜率有所差異——這是一個非常危險的信號，因為兩者的關係不應該隨觀測工具的不同出現波動。還有科學家發現，相較於其他研究手段，通過星系團得出的結論往往存在不一致性，這為星系團研究的可靠性畫上問號。

約翰·霍普金斯大學的天文學家Adam Riess提出了另一種造成誤差的可能性。銀河系中存在大量氣體和塵埃盤，在X射線到達望遠鏡的過程中，這些氣體、塵埃盤可能成為障礙物，妨礙觀測者的判斷。Riess認為，這個理論並不是憑空猜測：各向異性最明顯的區域，恰好與銀河系中X射線吸收氣體和塵埃最稠密的區域重合。

研究的數據本身，也存在疑點。論文指出，這項結論的置信度≥4-sigma。在物理學中，5-sigma是代表著足夠顯著性的“金標準”。而4-sigma的結果雖然不算糟糕，但距離“金標準”仍有差距。

最後，如果這項研究的數值真實存在，而不是來自上述誤差，那麼宇宙各向異性是唯一的解釋嗎？

不是。天文學家還提出了另一種可能的解釋，那就是“整體流”（bulk flow）。理論上，星系團等物質在暗能量的推動下，按照哈勃常數膨脹。然而，在實際觀測中，一些星系團移動的速率並不完全等同於哈勃常數，這是因為在暗能量之外，它們還受到了普通物質的作用，而作用力的來源，就是鄰近的大型星系團。例如，銀河系的本動速率，即相較於哈勃常數的運動運動速率，達到達到631km/s。

同樣，在這項研究中，不同星系團展現出的膨脹速率差異，也可能歸結於星系團的“整體流”。唯一的問題是空間尺度——此前有研究證實，在不超過10億光年的範圍內，觀測到類似的效應。但要解釋這項研究中的數據，需要在50億光年的尺度上支配星系團的運動。

因此，至少目前看來，宇宙各向異性的理論還缺乏足夠堅實的證據。在此後一段時間內，相關爭論仍將持續下去。論文作者希望，功能更加強大的下一代X射線望遠鏡，例如俄羅斯與德國聯合研製的eROSITA、ESA的“雅典娜”號X射線空間望遠鏡，將提供更加豐富、範圍更廣的星系團距離信息。

       ※宇宙中最大的天體質量相當於1000萬億個太陽※

        2020年04月19日13:12 新浪網 作者科技探秘v

天文學家利用ALMA望遠鏡發現和預測14個星系融合為1個星系的過程鳳凰網科技訊據《每日郵報》北京時間2018年4月26日報導，天文學家發現了一次宇宙堆積過程的開端，這次宇宙堆積可能生成一個巨型星系。

這一發現是利用世界上最強大的望遠鏡，對90%的可觀察宇宙進行觀察發現的。

科學家發現了一個原星團，距離地球124億光年，其光線是在宇宙形成14億年後開始向地球傳播的。

計算表明，截至目前，這一星團已經吞食了數百個星系。它的質量相當於1000萬億個太陽，這意味著它是宇宙中已知的最大天體。

天文學家認為，至少有14個星系“擠在”相當於銀河系星系盤直徑4倍的區域內。

它的單個星系形成恆星的速度比銀河系快1000倍。

由此產生的星系團，可以與我們目前在宇宙中發現的一些最大的星系團相媲美

藝術渲染圖顯示這些星系相互纏繞在一起天體之間如此擁擠和如此快的恆星形成速度，都是前所未聞的。

論文聯合作者、紐約Flatiron研究院計算天體物理學中心副研究員克里斯·海沃德（Chris Hayward）表示，“我們似乎發現了一個正在形成過程中的星團。在我們對星團形成的了解方面，這是一個缺失的環節”

利用一個基於實際觀察的數學模型，一個國際科學家團隊已經能預測這一星團的移動。

這一原星團質量相當於1000萬億個太陽，形成於大爆炸之後約14億年。論文聯合作者、達爾豪斯大學（Dalhousie University）天體物理學教授斯科特·查普曼（Scott Chapman）表示，但是，這一星系組合體怎樣迅速地變得如此之大，還是個謎。

耶魯大學在讀博士生、一篇相關論文的第一作者蒂姆·米勒（Tim Miller）表示，“不同於我們想像的那樣，它不是在數十億年間慢慢形成的。對於研究星系團和巨型星系在極端環境下如何融合來說，這一發現提供了一個令人難以置信的機會。” 

星系生成恆星的速度是銀河系的1000倍目前的理論和計算機模型表明，規模如此巨大的原星團，需要更長的時間進行演化。

天文學家之前認為，這樣的事件發生在“大爆炸”之後約30億年。當發現這些事件的發生時間提前了一半時，科學家急於找到新的解釋。

國際科學家團隊能預測這一星團的運動查普曼表示，“發現處於形成過程初始階段的巨型星團，是驚人的。但是，它發生在宇宙歷史的早期，對我們目前對宇宙結構形成的理解，構成了重大挑戰。”

這一星系團是首先利用南極望遠鏡和赫歇爾空間天文台發現的。之後，天文學家利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米天文望遠鏡對它進行了更多觀察。