近日，中国科学院上海天文台（以下简称上海天文台）牵头的国际合作团队，包括中国科学院紫金山天文台、浙江大学、德国马普天体物理研究所及德国波茨坦天体物理研究所等多家研究机构的科研人员，首次给出了宇宙大尺度纤维状结构（Cosmic Filaments）半径的定义，相应成果¹于2024年7月24日发表在英国《皇家天文学月报》（MNRAS）杂志上。

纤维状结构是宇宙大尺度结构中最显著的结构之一，由众多暗物质（暗物质晕）和重子物质（星系）组成的细长结构，其典型尺寸大约是10 Mpc长、1-2Mpc粗细 (1Mpc大约等于326万光年)。纤维状结构是连接宇宙更大尺度结构和星系乃至星系团尺度的物质输送高速公路，是处于线性演化和非线性演化的过渡阶段。因此，它在宇宙结构形成和星系形成和演化研究领域都有着非常重要的地位。

然而，此前的研究工作都没有明确给出物理意义上纤维结构的边界（半径）的概念，对于纤维结构自身性质的研究，乃至纤维结构-星系协同演化的研究存在一定的问题和困难。上海天文台领导的研究团队利用斯隆星系巡天（SDSS）数据和MillenniumTNG数值模拟数据，利用纤维结构搜寻方法DisPerSE首先得到纤维结构，随后分析了宇宙大尺度纤维结构中星系的空间分布，计算了纤维结构周围星系的密度分布情况，发现星系分布的密度梯度在大约1Mpc处存在最小值，该值被定义为纤维结构的半径（如图一所示），该数值和团队先前研究纤维结构旋转预言的半径数值相符²。研究显示，观测结果和理论预言完全吻合，研究结果不仅第一次给出了物理意义上纤维结构的边界（半径）的具体定义和具体数值，还给出了纤维结构半径的演化模式（图二所示）。研究发现，在红移z>1时，纤维结构的半径由于物质塌缩逐渐减小，而在红移z<1时，纤维结构的半径由于物质的吸积有略微的增大。

上述研究成果对探讨宇宙大尺度纤维结构的形成和演化，以及纤维结构在星系形成和演化过程中起到的作用都具有科学意义。

图一，上图分别展示的是观测（左图）和数值模拟（右图）中纤维结构周围星系分布的密度轮廓。下图展示的是密度梯度。

图二，上图是数值模拟中，纤维结构半径随红移的演化。下图示意了模拟中较长的纤维结构（蓝色）和较短的纤维（红色）半径的演化。

该研究在科技部SKA重点专项、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国空间站望远镜预研究项目和上海市浦江人才计划项目的支持下完成。

论文链接：https://academic.oup.com/mnras/article/532/4/4604/7720525?searchresult=1

科学联系人：

王鹏 pwang@shao.ac.cn

郭宏 guohong@shao.ac.cn

参考文献：

1. The Boundary of Cosmic Filaments，Wei Wang，Peng Wang* & Hong Guo* et al. MNRAS