跨越十億光年尺度的類星體間的神秘關聯

06-10

原文標題：Spooky Alignment of Quasars Across Billions of Light-years

原文作者：Damien Hutsemékers，Dominique Sluse；Richard Hook

副標題：VLT reveals alignments between supermassive black hole axes and large-scale structure

VLT揭示超級黑洞軸線與宇宙大尺度結構間的關聯

藉助歐洲南方天文台（ESO）位於智利的甚大望遠鏡（VLT）群，天文學家揭示出我們已知的宇宙最大尺度結構間的關聯。歐洲研究者團隊發現，跨越十億光年級距離的類星體群，其中央超大質量黑洞的自轉軸竟然互相平行！團隊還發現，這些類星體的自轉軸，傾向於與其所在的宇宙之網方向對齊。

宇宙之網與其中類星體的示意圖，類星體的自轉軸與宇宙之網同向。大圖：7.4MB，版權：ESO，研究者團隊，下同。

類星體是由中央超級黑洞驅動的極度活躍星系。超級黑洞圍繞著極端熾熱等離子體組成的旋轉吸積盤，常常沿自轉軸方向噴出長長的噴流。當該噴流朝向我們時，就看到類星體。它的亮度，常常超過宿主星系中所有恆星的亮度總和。由比利時列日（Liège）大學的Damien Hutsemékers領導的研究團隊，使用VLT上安裝的縮焦器和中階光柵成像攝譜儀（FORS），研究了93個類星體，它們組成的群體跨越了十億光年尺度，存在於宇宙年齡約為當前1/3的時代。Hutsemékers介紹說：「我們首先注意到的古怪事情是部分類星體的自轉軸是相互一致的——雖然它們事實上相距十億光年級別。」

由暗物質形成的宇宙之網，網的節點中大量星系正在誕生，大圖：96.4MB。

團隊接著檢視了這些自轉軸是僅僅恰好互相平行，還是它們還與宇宙的最大尺度結構（宇宙之網）一致。當天文學家研究十億光年尺度上的星系分布規律時，他們發現，星系並非均勻分布在宇宙各處。相反，宇宙是細絲、團塊組成的網，網中間是巨大的空洞，星系就分布在網上。這個有趣而美麗的物質分布形式就稱為宇宙的大尺度結構（宇宙之網）。甚大望遠鏡（VLT）的新觀測顯示，類星體的自轉軸，傾向於與其所在的宇宙之網指向平行。因此，位於長絲狀結構中的類星體，其中央超級黑洞的自轉軸基本就指向該長絲方向。研究者估計，如果是簡單的自由分布的，指向恰好雷同的概率應＜1%。德國波恩市阿格蘭德（Argelander）天文研究所兼列日大學的Dominique Sluse補充道：「類星體的指向與它們所屬的宇宙結構有關，是關於宇宙演化的數值模型的重要預言。我們的數據首次提供了該效應的觀測驗證，而且觀測的尺度遠遠大於普通的星系。」

PDF插圖：大尺度結構中類星體偏振的同向性。圖中標示的距離是1百萬秒差距（326萬光年）；縱橫坐標都是角度（相當於極坐標）。

團隊不能直接觀測到類星體的自轉軸或者噴流，但是他們測量了每個類星體光譜的偏振度。結果，其中的19個光譜的極化意味深長地一致。結合光譜的偏振方向和其他觀測數據，就可以計算出吸積盤的角度，從而推算類星體的自轉軸。Sluse總結道：「新數據中對齊的尺度範圍，甚至大於當前模型的預言，也許意味著在我們當前的宇宙模型中，還隱藏著一些缺少的要素。」團隊成員包括：比利時列日市列日大學兼地球物理和天體物理研究所的D. Hutsemékers；列日大學的L. Braibant、V. Pelgrims；德國波恩市Argelander天文研究所兼列日大學的D. Sluse。D. Hutsemékers團隊的研究報告刊登在2014.11.19出版的《天文學和天體物理學》期刊上，標題：「宇宙大尺度結構中類星體偏振的同向性。」