第12章 武仙－北冕座 (3/9)

值得注意的是，可见物质（恒星、气体等）仅占总质量的约15%，其余85%为暗物质。这一比例与宇宙整体的质能构成一致，进一步支持了暗物质主导结构形成的理论。

3.3

红移范围与宇宙学年龄：跨越宇宙的“时间胶囊”

武仙-北冕座宇宙长城中的星系红移范围约为z=0.1至z=1.0，对应的光宇宙学距离（露minosity

distance）分别为约13亿光年至32亿光年（因宇宙膨胀，距离随红移非线性增长）。这意味着，我们今天观测到的该结构中最遥远的星系（z≈1.0），其光线已在宇宙中旅行了约100亿年——它们发出的光形成于宇宙年龄约38亿年时（当前宇宙年龄约138亿年），而最近邻的星系（z≈0.1）则形成于约40亿年前。

这种“时间跨度”使得武仙-北冕座宇宙长城成为研究宇宙结构演化的“活化石”：通过比较不同红移处星系的形态（如旋涡星系与椭圆星系的比例）、金属丰度（重元素含量）和恒星形成率（sfr），可以追踪星系在大尺度结构中的演化历程。

第四节

武仙-北冕座宇宙长城的精细结构：从“宇宙脊梁”到“微观网络”

如果说宏观尺度上武仙-北冕座宇宙长城是一条横跨百亿光年的“巨链”，那么在其内部，更复杂的子结构如同“骨骼上的肌肉与血管”，构成了层次分明的宇宙网络。

4.1

核心区域：超星系团的“引力堡垒”

武仙-北冕座宇宙长城的核心是一个由多个超星系团（superc露ster）组成的“团簇”。超星系团是宇宙中已知最大的引力束缚结构，通常包含数十个星系团，跨度达数千万至数亿光年。

武仙座超星系团（scl

160）：位于结构东侧，包含abell

2151（武仙座星系团）、abell

2197等约30个星系团，总质量约3x10^16

m☉。其中，abell

2151是最年轻的星系团之一（红移z≈0.036），其核心存在两个巨大的椭圆星系（如ngc

6051），可能由多次星系合并形成。

北冕座超星系团（scl

176）：位于结构西侧，包含abell

2218（北冕座星系团）、abell

2221等约25个星系团，总质量约2.5x10^16

m☉。abell

2218以拥有大量强引力透镜系统（如“爱因斯坦环”）闻名，其核心的椭圆星系（如g1）质量高达10^14

m☉，可能包含一个超大质量黑洞（smbh），质量约为10^9

m☉。

核心区域的超星系团通过密集的星系链（fiber）相互连接，星系链中的星系密度可达宇宙平均密度的10-100倍。这些链的形成被认为是暗物质晕合并的结果——较小的暗物质晕逐渐坍缩、合并，形成更大的晕，同时吸引周围的气体和星系，最终形成星系链。

4.2

纤维结构：星系流动的“宇宙高速公路”

纤维结构是连接核心超星系团与外围空洞的“桥梁”，也是星系间物质交换的主要通道。武仙-北冕座宇宙长城的纤维结构可分为两类：

主纤维（primary

filament）：沿最长维度延伸，连接武仙座与北冕座超星系团，长度约80亿光年，宽度约3亿光年。主纤维中的星系密度梯度平缓（每百万光年下降约5%），但星系的运动速度（相对于宇宙微波背景）显示出明显的“流场”特征——星系正沿着纤维向核心区域移动，速度可达约500

km\/s，这是暗物质引力牵引的结果。

次级纤维（secondary

filaments）：从主纤维分叉而出，连接次级超星系团或空洞边缘。例如，一条次级纤维从abell

2151向东南方向延伸，连接abell

2147星系团，长度约20亿光年，宽度约1亿光年。次级纤维中的星系密度较低（约为宇宙平均的5-10倍），但包含大量“离群星系”（field

galaxy）——这些星系未被束缚于任何星系团，但因靠近纤维而受到引力扰动，运动轨迹呈“随机游走”特征。

纤维结构的存在解释了宇宙中的“缺失重子问题”（missing

baryon

problem）：通过x射线观测，纤维中的热气体（温度10^5-10^7

k）质量约占宇宙重子物质的30%，而这些气体因温度过高（无法被光学望远镜探测）或分布过薄（柱密度低于x射线探测极限），长期未被直接观测到。纤维结构的多波段联合探测（如x射线+紫外+光学）正在逐步解决这一问题。

4.3

空洞区域：宇宙中的“黑暗沙漠”

与纤维和超星系团相对应，武仙-北冕座宇宙长城的外围存在巨大的空洞（void）。空洞是指星系密度显着低于宇宙平均的区域（通常低于平均密度的1\/10），其形成与大尺度结构的引力不稳定性密切相关——暗物质晕的引力吸引周围物质，导致未被吸引的区域因物质流失而膨胀，最终形成空洞。

北冕座空洞（corona

borealis

void）：位于结构西北侧，直径约20亿光年，星系密度仅为宇宙平均的5%。通过2dfgrs和sdss数据，天文学家在该空洞中仅发现了约50个星系，且均为矮星系（质量小于10^9