超过100万个黑洞的3D地图追踪了宇宙暗物质的位置

独孤一山隙

在这个类星体目录的三维表示中，每一个小点都是一个类星体。中间的部分是银河系平面将天空一分为二的地方，挡住了视线。（图片来源：ESA/Gaia/DPAC；Lucy Reading Ikkanda/Simons Foundation；K.Storey Fisher等人2023）

（）据美国太空网（Keith Cooper）：从近130万个类星体的位置上组装了一张巨大的宇宙地图；其中一些类星体存在于宇宙大爆炸后15亿年。

通过将这张新地图与所谓的宇宙微波背景（CMB）进行比较，科学家们已经能够大致验证宇宙中物质的分布和密度，为宇宙中的大规模结构在整个宇宙历史上是如何演变的提供了更多线索。

该地图基于1295502个类星体位置和红移的目录，被称为“Quaia”，是“类星体”和“Gaia”两个词的组合，指的是欧洲航天局的Gaia天体测量太空任务。盖亚的主要目标是绘制银河系中多达10亿颗恒星的位置和运动图，但在这样做的过程中，它也观测到了数百万个背景星系和类星体。

西班牙Donostia国际物理中心的Kate Storey Fisher在一份声明中表示：“我们能够对早期宇宙中物质如何聚集在一起进行测量，其精度与主要国际调查项目中的一些测量一样高，这是非常了不起的，因为我们的数据是从以银河系为重点的Gaia项目中获得的。”。Storey Fisher领导了组装地图的团队，他在纽约大学时作为博士候选人开始了该项目。

类星体为绘制宇宙学地图提供了极好的指导。类星体是活动星系的核心，在那里，一个超大质量黑洞贪婪地吞噬着巨大的物质。虽然没有光从黑洞中逸出，但落在黑洞上的物质在黑洞腹部周围的螺旋形吸积盘中形成了有序的队列。这个圆盘变得如此致密，以至于气体分子之间的摩擦将该区域的温度提高到数百万度，而磁场会激起圆盘中的带电粒子，并以强大的喷流的形式将其喷出。当我们可以看到热盘和喷流几乎迎面而来时，它们看起来比宇宙中的任何东西都亮。因此，这种光度使它们成为有用的尺度，即使在巨大的宇宙学距离上也相对容易看到。



一张描述盖亚数据如何为类星体地图做出贡献的信息图。（图片来源：ESA/Gaia/DPAC/L.Reading Ikkanda/Simons Foundation/K.Storey Fisher等人2024）

此外，类星体往往集中在宇宙中密度最大的暗物质团中，这是有道理的，因为正是周围暗物质晕的引力将所有物质吸引到类星体上，以供黑洞进食。因此，通过绘制宇宙中最明亮的物体，我们也能够绘制出宇宙中最神秘的物质——看不见的暗物质。

Storey Fisher的团队还将Quaia图中暗物质的分布和密度与CMB中的温度波动进行了比较，后者反映了宇宙只有379000年历史时物质的分布与密度。他们发现，奎亚图中与密度相关的区域与我们在CMB中看到的大致匹配（称为CMB的物质功率谱）。随着Gaia发布的新数据的进一步完善，Quaia地图可以对我们从CMB中学到的东西提供更严格的限制。



艺术家对类星体的印象。（图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院）

纽约熨斗研究所计算天体物理中心的合著者David Hogg说，Quaia目录并不是真正包含有史以来最多的类星体，甚至不是质量最好的测量结果。事实上，它向我们展示了一些新的东西。

霍格说：“这个类星体目录与以前的所有目录不同，它为我们提供了有史以来最大体积的宇宙的三维地图。”。根据描述宇宙如何膨胀的哈勃常数校准后，这个体积为7.67立方千帕秒（一帕秒是3.26光年，一个千帕秒是10亿帕秒或250亿立方光年）

描述Quaia目录和地图的论文于3月18日发表在《天体物理杂志》上，而将Quaia地图与CMB进行比较的论文预印本可以在这里找到。