巨墙与纤维状结构：宇宙网

什么是巨墙？

巨墙的定义与组成

可观测宇宙，即我们能够潜在观测到的宇宙部分，极其广阔。 然而，宇宙整体可能更加广阔，其在可观测宇宙之外的精确范围尚不清楚。

宇宙学家为这一广阔范围内的各种结构命名。 宇宙内部由星系团、超星系团、超星系团复合体、宇宙纤维状结构、巨墙和宇宙空洞组成。

在宇宙学中，术语「巨墙」指宇宙中的若干大尺度结构。 这些结构跨越数亿光年，是超星系团、星系群、星系纤维状结构、暗物质和通过引力相互连接的气体的巨大聚集。 需要注意的是，巨墙并不一定是整体上引力结合的结构：例如斯隆巨墙，更像是物质的排列，不会在自身引力下无限期地维持。

宇宙中的主要巨墙

最广阔的巨墙是武仙座-北冕座巨墙（约100亿光年，根据最近的重新评估甚至可达150亿光年）、Huge-LQG（约40亿光年）、斯隆巨墙（约13.7亿光年）和CfA2巨墙（约5亿光年）。

对此类结构的研究有助于宇宙学家更好地理解宇宙的大尺度形成和演化，以及物质在「时空」中的分布。 宇宙整体是无限还是有限，仍然是宇宙学中的一个未解问题。

注：
我们的银河系不属于「巨墙」，它属于一个本星系群（银河系、仙女座星系、三角座星系以及一些矮星系），是一个小型的星系集合。 这些星系通过引力相互结合在一个称为室女座超星系团的超星系团中。 室女座超星系团属于一个更大的结构，称为拉尼亚凯亚，是超星系团的超星系团。

主要巨墙的比较

2024-2025年：新结构重新引发争论

巨型环（Big Ring），一个13亿光年的圆环

2024年1月，当时为中央兰开夏大学博士生的天体物理学家阿莱克西亚·洛佩斯及其同事宣布发现了一个被称为巨型环（Big Ring）的结构。 在牧夫座方向、距地球约92亿光年处发现的这个近乎完美的环状结构，直径约13亿光年，周长超过40亿光年。 它是在与同一团队2021年发现的另一个结构——巨型弧——相同的数据、相同的天区、相同的距离上被识别出来的。

巨型环远远超过了标准宇宙学模型下引力结合的宇宙结构通常允许的最大尺寸，约12亿光年。 它的形状、与巨型弧的排列以及其起源仍未得到解释；一些研究人员提出了仍然具有推测性的宇宙弦——时空织物中假设的拓扑缺陷——的可能性。

基普，已知最大的质量聚集

2025年2月，由天体物理学家汉斯·伯林格（马克斯·普朗克地外物理研究所）领导的团队宣布发现了基普，一个近邻宇宙的纤维状超结构，其名称来源于安第斯文明用于记录信息的结绳。 通过以X射线辐射绘制星系团的CLASSIX X射线巡天识别出的基普，延伸约13亿光年（超过400百万秒差距），集中了约2亿亿（2×10¹⁷）太阳质量，约为银河系质量的20万倍。

基普与四个邻近超结构一起，集中了所研究局部体积中近45%的星系团和约25%的物质，而它仅占相应空间的约13%。 这种极端的质量集中可能局部影响哈勃常数的测量，并通过积分萨克斯-沃尔夫效应在宇宙微波背景辐射上留下可测量的印记。

受到考验的宇宙学原理

宇宙学原理假设在极大尺度上，宇宙是均匀且各向同性的：物质应以相对均匀的方式分布，没有超过约12亿光年尺寸限制的结构。 武仙座-北冕座巨墙、巨型环和基普属于一份不断增长的、似乎超过这一理论极限的结构名单。 一些宇宙学家认为，这些天体并非物理上结合的结构，将随着宇宙膨胀而消失；另一些则认为这是一个信号，表明需要完善甚至修正标准ΛCDM模型。争论仍未解决，并构成了观测宇宙学的一个活跃研究领域。

什么是纤维状结构？

星系纤维状结构的定义

在宇宙学中，纤维状结构是宇宙最大结构的一部分。
星系纤维状结构是一种（在宇宙尺度上的）丝状结构，由星系和／或星系团、气体和暗物质组成。
我们知道若干个数十百万秒差距（3000万至3亿光年）的纤维状结构：后发座纤维状结构、英仙座-飞马座纤维状结构、大熊座纤维状结构、天猫座-大熊座纤维状结构、拉尼亚凯亚纤维状结构、半人马座纤维状结构、室女座纤维状结构……

已知的宇宙纤维状结构

拉尼亚凯亚，我们的超星系团，包含我们的本星系群乃至银河系，并不特别与单一的宇宙主要纤维状结构相关联。 它由重要的纤维状结构所界定，并通过这些宇宙纤维状结构与其他超星系团相连。

注：
1百万秒差距（Mpc）等于100万秒差距。 1秒差距约等于3.26光年，因此1百万秒差距约等于326万光年。

什么是超星系团复合体？

超星系团复合体的定义

超星系团复合体是一种比星系超星系团更加广阔的宇宙结构。 星系超星系团是引力结合的星系的大规模集中，而超星系团复合体是这些大尺度结构的更大集合。

拉尼亚凯亚，我们的超星系团复合体

就我们而言，超星系团复合体双鱼座-鲸鱼座是通过大规模天空观测识别出的一个广阔宇宙结构。 它也被称为拉尼亚凯亚，在夏威夷语中意为「广阔开放的天空」。 这个超星系团复合体特别重要，因为它包含我们自己的星系超星系团——本星系群所在的超星系团——银河系就在其中。

拉尼亚凯亚极其巨大，延伸约5亿光年。 它汇集了若干个星系超星系团（室女座超星系团、牧夫座超星系团、巨蛇座超星系团、长蛇座-半人马座超星系团等）。

要点

由引力塑造的结构

超星系团复合体、宇宙纤维状结构和巨墙的形成与宇宙的结构增长过程密切相关。
最初，在宇宙的「开端」，物质密度中的微小涨落随着时间的推移被引力放大，导致了这些不同大尺度结构的形成。

暗物质的关键作用

暗物质的存在在这些结构的形成中起着决定性作用，因为它充当一种「引力胶水」，吸引并保持气体和星系等普通物质在一起。

持续冲击标准模型的发现

巨型环和基普的最近发现，以及武仙座-北冕座巨墙尺寸的上调重新评估，表明在极大尺度上绘制宇宙地图仍然是一个活跃的研究领域。 结合光学巡天、X射线和伽马射线暴的未来任务，将能够确认或否定这些结构的物理存在，并明确宇宙学原理的界限。