第12章 武仙－北冕座 (2/9)

最初，格林团队根据其在天球上的位置，将这一结构命名为“大力神-北冕座长城”（hercules-corona

borealis

great

wall），因为其核心区域覆盖了武仙座（hercules）和北冕座（corona

borealis）两个星座。但这一命名很快引发了争议：部分天文学家指出，“长城”（great

wall）一词易与1989年发现的“斯隆长城”（sloan

great

wall，长度约15亿光年）混淆；另一些学者则认为，该结构的实际边界尚未完全确定，过早命名可能导致误解。

2011年，欧洲空间局（esa）的xmm-牛顿卫星通过x射线观测，进一步确认了该结构中多个星系团的热气体分布。同年，中国紫金山天文台的研究团队结合光学、射电（如wmap卫星的宇宙微波背景数据）和x射线观测，提出了更系统的结构划分方案，并建议保留“武仙-北冕座”的地理命名，同时强调其“宇宙长城”的本质特征。这一提议最终被国际天文学联合会（iau）采纳，“武仙-北冕座宇宙长城”成为其官方名称。

2.3

关键验证：多信使观测的证据链

为确保发现的可靠性，科学家从多个波段展开验证：

光学与近红外：通过哈勃空间望远镜（hst）的高分辨率成像，确认了该区域内数万个星系的形态与红移，排除了“投影重叠”（即不同距离的星系在天球上重叠导致的虚假结构）的可能性。

x射线：xmm-牛顿卫星和钱德拉x射线天文台（chandra）探测到该结构中多个星系团的弥散x射线辐射（来自高温热气体，温度约10^7-10^8

k），证实了这些星系团通过引力相互束缚，形成了物理上的关联结构。

射电：利用甚大阵列（vla）和

meerkat

射电望远镜，观测到该结构中活跃星系核（agn）的射电喷流（由超大质量黑洞吸积物质产生），其分布与光学星系的纤维结构高度一致，表明活动星系核的能量反馈可能影响了大尺度结构的演化。

宇宙微波背景：普朗克卫星（planck）的cmb偏振数据显示，武仙-北冕座区域对应的cmb温度涨落（Δt\/t≈10^-5）略高于宇宙平均，这与大质量结构形成时的引力势阱对cmb光子的“

sachs-wolfe

效应”一致，为结构的早期起源提供了间接证据。

至此，武仙-北冕座宇宙长城不再是“数据噪声”，而是被多波段观测共同证实的真实宇宙结构。

第三节

武仙-北冕座宇宙长城的基本参数：宇宙尺度的“量天尺”

要准确定义一个宇宙结构的大小，需综合考虑其空间跨度、质量、红移范围等参数。由于武仙-北冕座宇宙长城仍在研究中（其边界可能随观测精度提升而扩展），目前公认的参数基于2020年《自然·天文学》杂志的多机构联合研究。

3.1

空间跨度：从“边缘”到“核心”的三维延伸

武仙-北冕座宇宙长城的三维结构可简化为一个“主纤维”（main

filament）连接多个“次级纤维”（sub-filaments），整体呈现为“树状”形态。根据多信使数据的联合拟合：

最长维度（赤经方向）：约100亿光年（30亿秒差距）。这一数值通过测量结构两端最远星系的红移差（z≈0.1至z≈1.0）计算得出——红移差反映了宇宙膨胀导致的距离变化，结合哈勃常数（h?≈70

km\/s\/mpc），可推算出共动距离（oving

distance）约为30亿秒差距（100亿光年）。

宽度（赤纬方向）：约15亿光年（4.5亿秒差距）。宽度定义为结构在垂直于最长维度方向的星系密度下降至峰值的1\/e（约37%）时的距离。

厚度（径向方向）：约2亿光年（0.6亿秒差距）。厚度指从结构中心到边缘的星系密度梯度变化区域，主要由暗物质晕的引力势阱深度决定。

相比之下，此前已知的斯隆长城（sloan

great

wall）长度约15亿光年（4.65亿秒差距），而武仙-北冕座宇宙长城的长度是其6倍有余，是目前已知宇宙中最长的连续结构。

3.2

质量构成：可见物质与暗物质的“二重奏”

宇宙结构的总质量主要由暗物质主导，武仙-北冕座宇宙长城也不例外。通过以下方法可估算其质量：

引力透镜效应：弱引力透镜（weak

lensing）通过观测背景星系的形状畸变，反推前景物质的分布。普朗克卫星的弱透镜数据显示，武仙-北冕座区域的质量密度约为宇宙平均密度的100倍，对应总质量约为10^17倍太阳质量（m☉）。

星系团动力学：结构中包含约80个已识别的星系团（如abell

2151武仙座星系团、abell

2218北冕座星系团等），每个星系团的质量约为10^14-10^15

m☉。通过virial定理（维里定理）计算星系团的总质量，并考虑纤维中星系的运动速度弥散，可估算结构总质量约为1.2x10^17

m☉。

宇宙学模拟对比：利用宇宙大尺度结构模拟（如il露stris

tng项目），输入Λcdm模型的参数（暗物质密度Ω?≈0.3，哈勃常数h?≈70），生成的人工宇宙中出现类似结构的概率极低（小于0.1%），但其质量与观测值高度吻合，验证了Λcdm模型的自洽性。