宇宙是由什麼構成的？千百年來科學家一直在尋找答案。行星、恆星、星系等我們都早已熟悉，畢竟我們就生活在「普普通通」的銀河系中。然而，宇宙中還有許多罕見且令人嘆為觀止的結構，比如一堵長達14億光年的「牆」。
近日，一個由法國巴黎薩克雷大學丹尼爾·波馬雷德等領導的國際研究小組，利用宇宙三維地圖發現了迄今為止最大的宇宙結構之一——「南極牆」。這堵「牆」包含了數十萬個星系，其規模可以與迄今發現的宇宙第六大結構——史隆長城相媲美。
相關研究成果日前發表於《天體物理學》雜誌。
微小的不均勻性「成長」而來
「類似於『南極牆』的宇宙大尺度結構，是宇宙中一些密度較高的區域。」中國科學院國家天文臺研究員陳學雷表示，這些區域的星系密度要比其他區域更高，且成絲狀連接結構。這些巨大的結構比我們目前觀測到的最大星系團結構還要大得多。「南極牆」被發現位於南天的天頂方向。試想一下，一堵長達14億光年的巨大城牆矗立在眼前，是一種何等壯觀的景象。
像「南極牆」這樣的巨大宇宙結構，雖然罕見卻並非個例。2003年，美國普林斯頓大學的理查·哥特及其同事發現了一個被稱為史隆長城的巨大絲狀結構，長度可達13.7億光年，然而這還不是宇宙中最大的結構。2013年，天文學家在尋找伽馬射線暴時，意外發現了一個巨大的結構，其長度可達100億光年，相當於目前可觀測宇宙半徑的20%，這就是迄今發現的最大宇宙結構——武仙—北冕座長城。
這些宇宙中的「龐然大物」從何而來？
「根據目前的觀測，人們推測宇宙早期的分布是比較均勻的，但也有一些微小的不均勻性，被稱為原初擾動。」陳學雷表示，由於萬有引力，密度較高的區域會產生較強的引力，將周圍物質吸引過來，使該區域密度進一步提升，從而加劇了宇宙的不均勻性，逐漸形成了星系以及更大尺度的結構。
這些大尺度結構由於引力作用相互吸引、相互聚集而成，引力作用讓它們克服了宇宙的膨脹效應，從而形成了一個鬆散的結構系統。由於其鬆散的結構特徵，其與周邊物質還存在明顯的相互引力影響。科學家發現，一些星系遠離地球的速度比預期要快，然而另一些則要慢很多，或許這些宇宙中的「城牆」，正是導致這一現象的「罪魁禍首」。
有助於研究宇宙演化歷史
宇宙大尺度結構如此巨大，科學家是如何發現它們的？
「研究宇宙大尺度結構，首先要通過巡天觀測繪製宇宙的三維地圖，包括使用光學和射電觀測獲得宇宙大尺度結構的數據。」陳學雷解釋道。
在理論上，主要是基於普通物質—暗物質—暗能量模型，利用數值模擬來對宇宙大尺度結構進行預測。
然而此次發現的「南極牆」十分特別，它離我們太近了：只有5億光年的距離。它幾乎與史隆長城一樣長，但卻一直被人們所忽視，這是因為它位於銀河系正後方的黑暗區域，被銀河系發出的明亮光線所遮蔽。研究人員通過對其他星系的紅移和速度進行觀測，發現了其存在的蛛絲馬跡。丹尼爾·波馬雷德表示，這種方法可以讓他們探測到隱藏的質量，這些質量引力影響著星系的運動。
現代宇宙學表明，宇宙是由暗物質、暗能量主導的，但暗物質究竟是什麼，目前我們還一無所知。而如「南極牆」等宇宙大尺度結構中，則很可能藏匿著大量的暗物質。
宇宙大尺度結構，是研究宇宙演化歷史的重要探針,包括由暗物質主導的結構形成過程，以及暗能量導致的宇宙膨脹。「雖然無法直接看到暗物質，但在宇宙大尺度結構中暗物質與發光物質成正比，所以從理論上來說，暗物質也應該高度密集。」陳學雷表示。
顯然，對於「南極牆」的研究既關乎臨近的銀河系，也可能為我們尋找暗物質指路。不過，研究人員承認，他們可能還沒有繪製出完整的「南極牆」，因為這需要在一個更大的尺度上繪製出的宇宙地圖。