在宇宙學(xué)家心中，無論我們往哪個(gè)方向看，目光所及之處的宇宙看起來都大致相同。換句話說，在宇宙中，任何位置都并不特殊，雖然在恒星系統(tǒng)、星系和星系團(tuán)層面上或許有一些不均勻的地方，但當(dāng)我們在10億光年甚至更大的大尺度觀測宇宙時(shí)，宇宙中的物質(zhì)在可觀測空間內(nèi)應(yīng)該是均勻分布的，不應(yīng)該出現(xiàn)明顯的不規(guī)則特征。

這種觀點(diǎn)便是所謂的宇宙學(xué)原理，它是現(xiàn)有宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)。然而近年來，天文學(xué)家陸續(xù)觀測到的一些大尺度結(jié)構(gòu)，使得我們對宇宙學(xué)原理這一基本認(rèn)知產(chǎn)生了質(zhì)疑。比如在之前的一些觀測中，就有研究人員發(fā)現(xiàn)了斯隆巨壁和南極巨壁、巨型伽馬射線暴環(huán)等結(jié)構(gòu)。

在美國天文學(xué)會(huì)于今年6月上旬舉行的第238屆線上會(huì)議上，來自英國中央蘭開夏大學(xué)的研究人員在會(huì)上公布了他們的一項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)。他們通過研究斯隆數(shù)字化巡天（SDSS）所捕獲的來自約40,000個(gè)類星體的光，在92億光年之外的地方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的、幾乎對稱的由星系構(gòu)成的弧形結(jié)構(gòu)。

類星體是一種極其明亮的活動(dòng)星系核，其中心的超大質(zhì)量黑洞正在消耗物質(zhì)并釋放能量。由于這些類星體與我們相距十分遙遠(yuǎn)，因此看起來它們就像是一個(gè)個(gè)的光點(diǎn)。類星體釋放出的光在前往地球的途中，一些光線會(huì)被遇到的星系內(nèi)及其周圍的原子所吸收，從而在光線中留下特定的特征，再最終抵達(dá)天文學(xué)家的望遠(yuǎn)鏡中。

 明亮的類星體所放出的光線會(huì)穿透星系周圍的氣體，來自類星體的一些光會(huì)被氣體吸收，在類星體光譜中留下一些特征。利用這一信息，天文學(xué)家可以繪制出遙遠(yuǎn)太空中的物質(zhì)分布。| 圖片來源：UCLan

因此，通過望遠(yuǎn)鏡測量這些類星體的光譜，就能知道類星體的光經(jīng)過的旅程，特別是那些光被吸收的部分。在這項(xiàng)新研究中，研究人員是通過分析光的鎂（Mg） II吸收線來確定類星體的光都穿過了哪些位置上的星系的。通過鎂II吸收線，研究人員可以很輕易地識(shí)別出光被吸收的信息，從而描繪出宇宙中那些亮度很低的物質(zhì)。在通常情況下，這些物質(zhì)所發(fā)出的光與類星體相比是微弱且不可見的。

 巨弧。灰色輪廓代表鎂II吸收體，預(yù)示了星系和星系團(tuán)的分布。藍(lán)色的點(diǎn)代表類星體)。| 圖片來源：UCLan

利用這種方法，他們描繪出了一條巨大的、近乎對稱的曲線。這條曲線位于牧夫座，形狀呈新月形結(jié)構(gòu)，寬度跨越了33億光年，覆蓋了幾十個(gè)星系，跨度約為可觀測宇宙半徑的1/15。根據(jù)目前的宇宙學(xué)來看，宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的理論極限是12億光年。也就是說，巨弧的跨度幾乎是極限的3倍，也是斯隆巨壁的兩倍大。

宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型要如何解釋這些陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)的超過了理論極限的大尺度結(jié)構(gòu)呢？是罕見的巧合？又或者說其背后有可能蘊(yùn)含著別的秘密？在這項(xiàng)研究中，研究人員總共進(jìn)行了三次統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以試圖計(jì)算出星系是偶然排成巨弧的幾率。這三次測試都表明這個(gè)結(jié)構(gòu)是真實(shí)存在的，其中一個(gè)測試結(jié)果甚至超過了物理學(xué)家的黃金標(biāo)準(zhǔn)，表明它是一個(gè)統(tǒng)計(jì)上的巧合的幾率小于0.00003%。

這是對宇宙在大尺度上是均勻的這一假設(shè)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。它的出現(xiàn)，加上近年來發(fā)現(xiàn)的其他大尺度結(jié)構(gòu)，讓天文學(xué)家再次對宇宙學(xué)原理產(chǎn)生了質(zhì)疑。巨弧的出現(xiàn)無疑帶來了更多問題，因?yàn)樗赡軙?huì)擴(kuò)大宇宙學(xué)家口中的“足夠大”的概念。除此之外，另一個(gè)急需宇宙學(xué)家思考的關(guān)鍵問題將是：什么樣的尺度才能被認(rèn)為是“足夠大”的？

如果天文學(xué)家最終確認(rèn)這個(gè)弧真實(shí)存在，巨弧將加入宇宙中不斷增長的大尺度結(jié)構(gòu)的行列，它們將一起打破宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，顛覆我們所知的宇宙學(xué)。目前，這一結(jié)果還沒能讓所有天文學(xué)家信服。他們認(rèn)為，現(xiàn)有結(jié)果雖然已經(jīng)很好，但要清晰地證明巨弧存在與否，還需要進(jìn)行更多的觀測。