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我们的宇宙是由由暗物质和气体组成的巨大丝线组成的宇宙网连接起来的，它横跨数百万光年，并在稠密星系团的“节点”处相交。这个巨大的网络以基本的方式塑造了星系的分布和演化，科学家们正试图通过越来越清晰的观察和先进的模拟来解开这个问题。
现在，由爱丁堡大学天文学研究生Callum Donnan领导的一个研究小组，已经确定了星系的化学组成与它们在宇宙网络中的位置之间的关键关联。根据周一发表在《自然天文学》(Nature Astronomy)杂志上的一项研究，该团队利用现实生活中的观测和计算机模拟，发现“离节点越近的星系，其化学物质富集程度就越高”，这一发现揭示了一些连接宇宙的神秘动力。
“一段时间以来，人们一直假设星系的进化方式和它们在宇宙网络中的位置之间存在联系，”唐南在一封电子邮件中说。“然而，由于需要覆盖大部分天空的大规模、密集的光谱调查，获得观测证据一直很困难。这方面的研究结果最近才得到，但在此之前，人们还没有对气体特性与宇宙网络之间的联系进行过详细的探索。”
为了解决这个问题，唐南和他的同事们研究了距离银河系约10亿光年的星系，这些星系是由新墨西哥州的斯隆数字巡天计划观测到的，覆盖了一大片天空。该团队研究了这些真实星系中星际空间中气体的元素组成，这一特性被称为气相金属丰度。
结果显示，靠近宇宙网节点的星系中“金属”的含量更丰富，在天文学中，“金属”指的是任何比氦重的元素。在接近蛛网细丝时，也观察到较弱的相关性，细丝是贯穿宇宙并将节点连接在一起的线。该团队使用IllustrisTNG平台进行了复杂的宇宙学模拟，该平台支持观测结果。
值得注意的是，该方法揭示了一个星系在宇宙网中的位置会调节其化学成分，即使考虑到其他因素，如宇宙中特定区域的密度。
唐南指出:“我们怀疑存在某种关系，因为星系不是孤立的系统，它们与环境相互作用。”“然而，我们不确定会发生什么，因为这里有很多物理过程。过去有一些证据表明，宇宙中密度过密区域的星系化学成分丰富，但从整个宇宙网络来看，没有任何证据。”
自然，这就提出了一个问题:为什么位于节点附近的星系比那些分布在细丝或宇宙网中的星系富含更多的金属?唐南的团队分离出两个主要的驱动因素:星系外气体的吸收和星系内恒星和暗物质的演化。
星系以散布在空间中的星系间介质中的气体为食，但那些离节点更远的星系会比那些离节点近的星系消耗更多的这种外部物质。由于星系间气体缺乏金属，它稀释了遥远星系中富含的气体，降低了它们整体的气相金属丰度。节点附近的星系不会消耗大量的这种缺乏金属的物质，这有助于保持它们具有高浓度的重元素的化学成分。
此外，距离节点较近的星系似乎比距离较远的星系成熟得更早。这些星系在产生新恒星和收集暗物质(构成宇宙大部分物质的一种神秘物质)方面处于领先地位。
“我们认为，靠近节点的星系在过去有更多活跃的恒星形成，其他结果表明，靠近节点的星系更早地聚集了它们的暗物质，”Donnan说。“我们认为，这表明了宇宙中大型暗物质结构的潜在组合和通过增加早期恒星形成的气体金属丰度之间的联系。”
考虑到这些天文相互作用的规模和复杂性，梳理出宇宙网和星系演化之间的微妙联系是一项艰巨的任务。唐南和他的同事们表示，他们的发现代表了这项研究中“朝着这个目标迈出的重要的第一步”，但他们也强调，新技术将在未来完善这些谜题。特别是暗能量光谱仪(DESI)，预计在本世纪20年代中期完成，将有助于揭示这个史诗般的宇宙结构与它内部和周围的星系之间的一些隐藏的联系。
“有了暗能量光谱仪(DESI)，我们将获得更多星系的光谱，这将允许我们推进这个问题，并开始真正解开宇宙网络影响星系演化的方式，”唐南说。“DESI还将让我们看到更早以前的这种效应，因此我们可以看到宇宙网在星系演化中的作用如何随着时间的推移而变化。”
他总结道:“这里的大局是试图生成一个完整的星系演化图，我们已经表明，为了做到这一点，我们需要考虑宇宙网络的作用。”“有很多不确定性，特别是关于星系的复杂气体物理，我们已经表明宇宙网络在其中发挥了作用。此外，试图将宇宙的大尺度结构如何增长，与星系如何演化联系起来，对于理解整个宇宙的演化是很重要的，因为它可以帮助我们更好地理解宇宙学。这有助于在最大尺度和更小的银河系尺度上建立物理学之间的桥梁。”
