大尺度宇宙像是一個(gè)蜘蛛網(wǎng)，但是從另外一個(gè)角度來(lái)看，也像是一團(tuán)擠在一起的肥皂泡。銀河系之大已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的常識(shí)，而銀河系在大尺度宇宙中卻依然如一粒微塵。

宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。

距離銀河系最近的星系是人見(jiàn)人愛(ài)的仙女座星系，它距離我們約250萬(wàn)光年。而在距離我們大約300萬(wàn)光年的地方還有一個(gè)默默無(wú)聞的三角座星系。這兩個(gè)星系，連同銀河系，以及附近的一些矮星系，組成了一個(gè)小規(guī)模的星系集團(tuán)，被稱為“本星系群（Local Group）”。“本”的意思是“本地”，也可以理解為附近。但這個(gè)“本地”是建立在宇宙學(xué)尺度上的，以百萬(wàn)光年為單位度量。

銀河系。John Colosimo / ESO

仙女座星系。ESA / Hubble / Digitized Sky Survey 2

三角座星系。ESO

宇宙中有許多星系集團(tuán)。距離“本星系群”最近的星系集團(tuán)叫“室女座星系團(tuán)（Virgo Cluster）”。之所以叫“星系團(tuán)（Cluster）”而不叫“星系群（Group）”，是因?yàn)樗囊?guī)模更大，包含一千多個(gè)星系。“室女座星系團(tuán)”距離我們約6000萬(wàn)光年。

室女座星系團(tuán)。ESO / Digitized Sky Survey 2

“本星系群”及附近其他星系群并不隸屬于“室女座星系團(tuán)”，而是與“室女座星系團(tuán)”一起，共同隸屬于一個(gè)更大的星系集團(tuán)——“室女座超星系團(tuán)（Virgo Supercluster）”。

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，“星系群”和“星系團(tuán)”都是真正意義上的天體結(jié)構(gòu)——因?yàn)樗鼈儍?nèi)部的星系，互相之間都是有引力束縛關(guān)系的；但“超星系團(tuán)”就不一樣了——它們只是一種尺度更大的星系集團(tuán)的語(yǔ)言表述，至今沒(méi)有一個(gè)明確的定義。它們內(nèi)部的星系相互之間未必有引力束縛關(guān)系。

正因如此，我們?cè)谶@個(gè)尺度上對(duì)天體結(jié)構(gòu)的劃分就只能依照“觀感”來(lái)進(jìn)行。循著這種“觀感”，我們發(fā)現(xiàn)“室女座超星系團(tuán)”隸屬于一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)——它是“拉尼亞凱亞超星系團(tuán)（Laniakea Supercluster）”的一個(gè)分支。

拉尼亞凱亞超星系團(tuán)主體部分。Andrew Z. Colvin / Wikipedia

很多超星系團(tuán)都與“拉尼亞凱亞超星系團(tuán)”相連，比如“沙普利超星系團(tuán)（Shapley Supercluster）”、“赫拉克勒斯超星系團(tuán)（Hercules Supercluster）”和“孔雀-印第安超星系團(tuán)（Pavo-Indus Supercluster）”等。這些超星系團(tuán)都非常龐大，每一個(gè)都綿延數(shù)億光年。

如果把大尺度宇宙比作一個(gè)擠滿了肥皂泡的浴缸，那么超星系團(tuán)就是肥皂泡的膜，它們把一個(gè)個(gè)肥皂泡連接在一起——但這些肥皂泡的內(nèi)部卻是空的。這些宇宙肥皂泡的空腔被稱為“宇宙空洞（Cosmic Void）”。

“宇宙空洞”的內(nèi)部是星系的荒漠——當(dāng)然也不是一無(wú)所有，但是星系的數(shù)量極少，如同沙海中的綠洲一樣罕見(jiàn)。許多空洞有名字，比如“玉夫座空洞（Sculptor Void）”、“大犬座空洞（Canis Major Void）”和“牧夫座空洞（Bo?tes Void）”等。其中最大的一些直徑可達(dá)3億光年。充斥這3億光年的，是滿滿的“虛無(wú)”。

要想弄明白我們?cè)谶@樣的大尺度宇宙中的位置，并不是一件容易的事。銀河系內(nèi)充斥著各種塵埃，它們遮擋了我們的視線。宇宙學(xué)家只有使用各種非常規(guī)手段，比如在紅外線或射電波波段上觀測(cè)，才能看清楚它們背后有什么。

宇宙學(xué)家艱難地發(fā)現(xiàn)，我們的銀河系，連同它“附近”的所有星系，都在朝著與“拉尼亞凱亞超星系團(tuán)”距離最近的“沙普利超星系團(tuán)”方向的一個(gè)未知目的地運(yùn)動(dòng)。但是根據(jù)觀測(cè)，“沙普利超星系團(tuán)”的質(zhì)量（包括它含有的“暗物質(zhì)”）不足以把銀河系拉動(dòng)到現(xiàn)在的速度。必然有額外的力量，要么在前方幫助“沙普利超星系團(tuán)”，要么在相反的方向推動(dòng)我們。

而這究竟是一種什么樣的力量，它究竟來(lái)自何方，迄今依然眾說(shuō)紛紜。

有人認(rèn)為，在銀河系與“沙普利超星系團(tuán)”相對(duì)的另外一側(cè)，存在著一個(gè)未知的宇宙空洞，甚至可能是一個(gè)“超級(jí)空洞”。它的存在，產(chǎn)生了一種所謂的“偶極排斥（Dipole Repeller）”效應(yīng)，將銀河系推向了相反的方向。

所謂“偶極排斥”效應(yīng)，指的是假如星系處在一個(gè)巨大的空洞附近，那么由于它唯獨(dú)缺少空洞所在方向的引力拉動(dòng)，就會(huì)傾向于向著遠(yuǎn)離空洞的方向運(yùn)動(dòng)，就好像空洞在推動(dòng)星系一樣。但事實(shí)上，空洞什么也沒(méi)干。但這只是諸多觀點(diǎn)之一，究竟這種推動(dòng)銀河系的神秘力量來(lái)自何方，依然是個(gè)謎。

沙普利超星系團(tuán)。ESA / Planck Collaboration / Rosat / Digitised Sky Survey

 

 

中澳兩國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)神秘宇宙信號(hào) “它仿佛是一個(gè)幽靈”

在無(wú)盡的宇宙中，還有多少我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象？至少，本周《自然》雜志的一篇論文就講述了這樣的故事——這一次，來(lái)自澳大利亞和中國(guó)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)前所未見(jiàn)的宇宙信號(hào)。

研究團(tuán)隊(duì)利用位于西澳大利亞的默奇森寬場(chǎng)陣列（MWA）觀察到的，是一個(gè)時(shí)而明亮，時(shí)而暗淡的信號(hào)源：在持續(xù)30~60秒的爆發(fā)期，劇烈釋放的能量讓它成為同波段最明亮的射電源之一；隨后天體陷入超過(guò)17分鐘的沉寂，直至再次爆發(fā)。 整個(gè)爆發(fā)周期的時(shí)長(zhǎng)約為18分鐘。 在2018年1月至3月間，這個(gè)信號(hào)源不時(shí)地閃爍——MWA先后71次捕捉到這個(gè)信號(hào)。但在此之后，它卻再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。

這項(xiàng)研究的通訊作者，澳大利亞科廷大學(xué)國(guó)際射電天文學(xué)研究中心（ICRAR）的天體物理學(xué)家Natasha Hurley-Walker博士說(shuō)：“這是完全在意料之外的。對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)它仿佛是一個(gè)幽靈，此前從未發(fā)現(xiàn)有天體能做到這一點(diǎn)。”相對(duì)于宇宙來(lái)說(shuō)，這個(gè)天體離我們很近，“只有”大約4000光年，就在銀河系的后院。

▲圖中的白色標(biāo)志，代表此次觀測(cè)到的信號(hào)源在銀河系中的位置【圖片來(lái)源：Dr Natasha Hurley-Walker (ICRAR/Curtin)】

這個(gè)天體的奇異之處，究竟體現(xiàn)在什么地方？事實(shí)上，天體時(shí)而明亮、時(shí)而暗淡，這種周期性現(xiàn)象本身并不罕見(jiàn)。天文學(xué)家將這些天體稱作“暫現(xiàn)源”，它們記錄的往往是巨大的天體死亡時(shí)，或者是天體的遺骸爆發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)。

根據(jù)這個(gè)周期的長(zhǎng)短，已知的暫現(xiàn)源分為兩大類：在高頻射電波段，超新星這樣的慢速暫現(xiàn)源每次爆發(fā)可能會(huì)持續(xù)數(shù)日，隨之而來(lái)的是長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月的漫長(zhǎng)消失期；另一類是快速暫現(xiàn)源，例如脈沖星，爆發(fā)周期可能只有短暫的幾毫秒至幾秒。

這次發(fā)現(xiàn)的新天體與脈沖星同屬低頻射電天空，但其18分鐘的爆發(fā)周期，比已知的最長(zhǎng)的脈沖星爆發(fā)周期還要長(zhǎng)9倍，這樣的周期是此前從未觀測(cè)到的。

這個(gè)首次出現(xiàn)的神秘天體究竟是什么？研究團(tuán)隊(duì)隨后展開(kāi)了分析。天文觀測(cè)與數(shù)據(jù)分析顯示，這個(gè)異常明亮、比太陽(yáng)還小的天體釋放出高度偏振的射電信號(hào)，這說(shuō)明這個(gè)旋轉(zhuǎn)的天體擁有極強(qiáng)的磁場(chǎng)。在已有的理論中，有一種被預(yù)言可以存在的天體，符合這個(gè)全新天體的特征，這就是 超長(zhǎng)周期磁星 。

▲最新天體的藝術(shù)概念圖（如果它的確是一顆磁星）（圖片來(lái)源：ICRAR）

“此前有理論預(yù)言，存在一種緩慢旋轉(zhuǎn)的中子星。但沒(méi)有人預(yù)料到可以直接觀測(cè)到這種天體，因?yàn)槲覀儧](méi)有想到它會(huì)如此明亮，” Hurley-Walker博士說(shuō)，“通過(guò)某種方式，它將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為射電波的效率，比此前發(fā)現(xiàn)的天體都要高。”此外，研究團(tuán)隊(duì)指出，該天體同樣有可能是擁有超強(qiáng)磁場(chǎng)的白矮星。它的確切身份，還需要更多后續(xù)研究來(lái)確認(rèn)。

對(duì)于“外星文明產(chǎn)物”這樣的猜想，Hurley-Walker博士同樣給出了回應(yīng)：“我考慮過(guò)這種可能性，但它覆蓋的頻率波段之寬，只可能是自然天體的過(guò)程，而不是人為信號(hào)。”

這個(gè)全新天體的發(fā)現(xiàn)，離不開(kāi)觀測(cè)設(shè)備性能的提升。完成此次觀測(cè)的MWA觀測(cè)波段在70兆赫茲至300兆赫茲之間。這個(gè)視場(chǎng)（即能觀測(cè)的范圍）寬闊、靈敏度極高的設(shè)備是巡視整個(gè)宇宙、探索未知現(xiàn)象的有力工具。

▲默奇森寬場(chǎng)陣列（圖片來(lái)源：Pete Wheeler, ICRAR）

最早注意到這個(gè)信號(hào)的，是科廷大學(xué)的博士生Tyrone O'Doherty。去年年初，當(dāng)時(shí)還是本科生的O'Doherty在整理MWA的觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)異常信號(hào)。他說(shuō)：“很高興能看到，我在去年看到的射電源最終成為如此奇異的天體。”

當(dāng)然，觀測(cè)到這個(gè)信號(hào)只是起點(diǎn)，要揭示它的特征，還需要大量數(shù)據(jù)處理工作。“這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)量非常大，生成的圖像在一千萬(wàn)張以上。” 本文第二作者，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)助理研究員的張翔博士介紹道。上海天文臺(tái)的中國(guó)SKA區(qū)域中心原型機(jī)與澳大利亞的Pawsey超算中心、CSIRO Pearcey超級(jí)計(jì)算機(jī)等共同承擔(dān)了這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)處理工作。

 

科學(xué)家首次探測(cè)到在太空自由飄蕩的“流浪黑洞”

近日，天文學(xué)家首次探測(cè)到在太空自由飄蕩的黑洞。

科學(xué)家們一直認(rèn)為理論上有很多黑洞在太空自由游蕩。但由于黑洞處于黑色的浩瀚太空，因此難以被發(fā)現(xiàn)。以往的研究表明，通常在恒星壽命結(jié)束時(shí)，核心坍塌可能會(huì)形成黑洞。

本次，美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)天文學(xué)家凱拉什·薩胡(Kailash Sahu)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)借助“微引力透鏡”效應(yīng)首次發(fā)現(xiàn)了一顆在星際空間的“流浪黑洞”。數(shù)十位科學(xué)家將這一發(fā)現(xiàn)合作發(fā)表在arXiv上。

“微引力透鏡”效應(yīng)最著名的一次是發(fā)生在2011年。當(dāng)時(shí)科學(xué)家借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡看到一顆大約2萬(wàn)光年外的恒星突然亮了起來(lái)。這意味著當(dāng)時(shí)有一個(gè)巨大的天體從恒星面前經(jīng)過(guò)，恒星發(fā)出的光線被這個(gè)巨大天體產(chǎn)生的引力所扭曲，導(dǎo)致恒星好像突然變亮了。因此在“微引力透鏡”效應(yīng)中，作為背景的物體常常會(huì)顯得異常明亮。此外，如果定位足夠準(zhǔn)確，當(dāng)巨大物體從恒星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，望遠(yuǎn)鏡甚至?xí)吹胶阈前l(fā)生輕微的移動(dòng)。

出于好奇，薩胡研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始分析哈勃望遠(yuǎn)鏡關(guān)于這顆恒星的數(shù)據(jù)，并一直觀察其光線的變化。團(tuán)隊(duì)希望這種亮度的突變是由于黑洞導(dǎo)致。此外，他們還利用天體測(cè)量學(xué)技術(shù)，檢測(cè)到恒星的位置發(fā)生了輕微變化。

研究人員認(rèn)為，造成這種變化的原因只可能是一個(gè)人類看不見(jiàn)的移動(dòng)物體，例如黑洞，在經(jīng)過(guò)恒星時(shí)對(duì)其發(fā)出的光施加了引力。

隨后的六年時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)研究這顆恒星及其發(fā)出的光線。他們探測(cè)了經(jīng)過(guò)恒星的巨大物體的亮度，但沒(méi)有探測(cè)到任何亮度，證明了這個(gè)物體并不是如褐矮星的天體。此外，“微引力透鏡”效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以證明存在一個(gè)特別深的重力井（由于天體的重力而形成的井狀旋渦）。

2011年該恒星的“微引力透鏡”效應(yīng)持續(xù)了300天，足以指向經(jīng)過(guò)恒星的物體是一個(gè)巨大黑洞。

研究人員表示，多個(gè)證據(jù)能夠有力證實(shí)這顆自由漂浮的“流浪黑洞”的存在。并且，他們測(cè)算出了這顆黑洞的質(zhì)量約為太陽(yáng)的7.1倍。

根據(jù)這一重量，科學(xué)家估算出這顆“流浪黑洞”的運(yùn)動(dòng)速度約為每秒45公里，比其周圍的銀河系恒星快很多。這樣的速度差異也說(shuō)明了黑洞誕生的一種可能：一個(gè)超大質(zhì)量的恒星爆炸可能創(chuàng)造了黑洞，并使其在太空“流浪”。薩胡估計(jì)，這一爆炸事件大約發(fā)生在1億年前，但很難證實(shí)，因?yàn)槟壳皼](méi)有明確的方法來(lái)探尋黑洞的來(lái)源。

 

火星上的隕石坑

 

 

中國(guó)“天眼”可能已搜索到外星文明：識(shí)別尚待時(shí)日

宇宙中是否有外星人？這是人類探索了幾百年的難題，各種UFO事件層出不窮，外星電影也比比皆是，而中國(guó)“天眼”望遠(yuǎn)鏡有可能已經(jīng)搜索到外星文明，只是現(xiàn)在還沒(méi)有識(shí)別出來(lái)。

“天眼”指的是中國(guó)的FAST射電望遠(yuǎn)鏡，日前中國(guó)科學(xué)院FAST重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)家天文臺(tái)研究員彭勃表示，“FAST（中國(guó)大射電望遠(yuǎn)鏡）收到的信號(hào)里也很可能有外星文明信號(hào)，只是我們現(xiàn)在還沒(méi)有時(shí)間去識(shí)別。”

FAST位于貴州省平塘縣的一處喀斯特洼地中，直徑500m，占地面積約30個(gè)足球場(chǎng)大，天頂覆蓋角度為40°，工作頻率為70MHz－3GHz，是世界上僅有的規(guī)模最大，也是最靈敏的巨型射電望遠(yuǎn)鏡，其已被列入中國(guó)九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。

在此之前，格魯吉亞第比利斯自由大學(xué)物理學(xué)副教授扎扎·奧斯曼諾夫教授研究后認(rèn)為，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡足夠靈敏，他可以在外星人入侵之前就發(fā)現(xiàn)他們的馮諾依曼探測(cè)器，讓人類提前預(yù)警。

所謂馮諾依曼探測(cè)器，是匈牙利裔物理學(xué)家約翰·馮·諾依曼及美國(guó)數(shù)學(xué)家提出的一種設(shè)想，它可以自我復(fù)制，可以利用任何恒星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的原材料進(jìn)行自我復(fù)制，并探索宇宙，如果檢測(cè)到馮諾依曼探測(cè)器，那就可以證實(shí)有外星人存在。

 

NGC 628是我們天空中最壯觀的星系之一，它也被稱為幻影星系或M74，是一個(gè)“宏偉設(shè)計(jì)”的旋渦星系：一個(gè)具有突出、結(jié)構(gòu)良好且相對(duì)清晰的旋臂。而且，M74距離我們只有3,200萬(wàn)光年，可以提供大量的研究細(xì)節(jié)。

這個(gè)星系距離我們只有2,400萬(wàn)光年，是一個(gè)棒旋星系，棒狀位置被認(rèn)為是豐富的恒星形成區(qū)域，因?yàn)闅怏w被向內(nèi)引導(dǎo)到它們的中心。

 

 

直立身高可達(dá)3米、體重最大可達(dá)300公斤，地球史上體形最大的靈長(zhǎng)類步氏巨猿的滅絕謎題，近日被來(lái)自中國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)解開(kāi)。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)攝食行為和食物偏好的執(zhí)著，使步氏巨猿無(wú)力適應(yīng)環(huán)境改變，在29.5萬(wàn)至21.5萬(wàn)年前走向滅絕。

步氏巨猿生活場(chǎng)景復(fù)原圖。（中國(guó)科學(xué)院古脊椎所供圖）

相關(guān)成果11日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

步氏巨猿曾廣泛分布于以廣西為代表的中國(guó)南方喀斯特地區(qū)，如今，卻只有近2000顆牙齒和4件不完整的下頜能證明它們?cè)?jīng)存在。當(dāng)時(shí)生存于同一地區(qū)的其他靈長(zhǎng)類都成功適應(yīng)了環(huán)境并繁衍生息，為何唯獨(dú)給人印象無(wú)比強(qiáng)大的巨猿難逃滅絕宿命？

步氏巨猿巨大的下頜化石。新華社記者溫競(jìng)?cè)A 攝

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所科研團(tuán)隊(duì)引領(lǐng)的一項(xiàng)國(guó)際合作多學(xué)科綜合研究，解開(kāi)了縈繞在古生物學(xué)界多年的謎團(tuán)。研究團(tuán)隊(duì)自2015年起在廣西調(diào)查了數(shù)百處洞穴化石地點(diǎn)，從中選取22處進(jìn)行樣品采集，其中包括11處產(chǎn)出步氏巨猿化石的地點(diǎn)，以及11處時(shí)代較晚未產(chǎn)出步氏巨猿化石的地點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將6種獨(dú)立的測(cè)年技術(shù)應(yīng)用于含化石堆積物和化石本身，獲得157個(gè)放射測(cè)量測(cè)年結(jié)果。這些年代數(shù)據(jù)與孢粉、哺乳動(dòng)物群以及牙齒穩(wěn)定同位素、微量元素、微磨痕等8個(gè)方面的分析結(jié)果相結(jié)合，全方位展現(xiàn)了步氏巨猿滅絕的前因后果——

步氏巨猿的生存環(huán)境、攝食行為、滅絕過(guò)程隨時(shí)間發(fā)展的變化圖。（中國(guó)科學(xué)院古脊椎所供圖）

約230萬(wàn)至70萬(wàn)年前，偏好果實(shí)、花朵等食物的步氏巨猿曾在資源豐富的森林中興盛繁榮。而后，隨著季節(jié)性增強(qiáng)，森林逐漸退化，草地大幅增加。生存環(huán)境變化讓步氏巨猿偏好的食物逐漸匱乏，但它們?nèi)匀灰蕾嚾狈I(yíng)養(yǎng)的備選食物，食物多樣性大為減少；同時(shí)，它們的體形越來(lái)越大、越發(fā)笨重，攝食地理范圍大幅縮小，致使種群不斷萎縮，最終在29.5萬(wàn)至21.5萬(wàn)年前滅絕。而作為步氏巨猿的近親，猩猩的體形變得更小更靈活，還改變了攝食行為和棲息地偏好，得以繁衍至今。

 

 

奇異福建龍和政和動(dòng)物群生態(tài)復(fù)原圖。（中國(guó)科學(xué)院古脊椎所供圖）

鳥類至少在晚侏羅世就和非鳥類獸腳類恐龍發(fā)生分化。而鳥翼類包括所有現(xiàn)代鳥類以及中生代的原始鳥類，因此侏羅紀(jì)的鳥翼類對(duì)研究鳥類的起源和演化至關(guān)重要。已知的侏羅紀(jì)鳥翼類僅有近鳥龍和其相似物種，多在我國(guó)東北地區(qū)距今1.66至1.59億年的燕遼生物群，這與約1.3億年前白堊紀(jì)早期出現(xiàn)的大量鳥類在時(shí)間上有長(zhǎng)達(dá)3000萬(wàn)年的空白。

奇異福建龍正型標(biāo)本、分支系統(tǒng)樹(shù)和古地理圖。（中國(guó)科學(xué)院古脊椎所供圖）

 

 

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