新的研究表明，最大的宇宙结构比我们所知道的还要大，离地球更近。它与科学家的宇宙进化模型背道而驰。

Hercules-Corona Borealis 长城的插图。我们整个银河系都坐落在其中一条细小的线上。 （图片来源：Robert Lea（使用 Canva 创建））

宇宙中最大的结构，赫拉克勒斯-日冕北极长城，由于其令人难以置信的巨大规模，用宇宙模型来解释已经是一个挑战——现在，利用宇宙中最强大的能量爆炸——伽马射线暴 （GRB），天文学家发现这个结构比他们意识到的还要大。此外，该团队甚至发现，大力神-日冕北极长城的部分地区实际上比以前怀疑的更靠近地球。

大力神-日冕北极长城是一个所谓的星系“超星系团”;它是宇宙网的一根细丝，宇宙中的第一个星系围绕着它聚集和生长。它的名字是由立志成为天文学家的菲律宾少年约翰德里克·瓦尔迪兹 （Johndric Valdez） 创造的。然而，这个名字并不是很直白。这是因为圆形长城不仅跨越了大力神座和北极日冕星座，还跨越了从布厄特斯星座到双子座的天球区域。

赫拉克勒斯-北极光长城于 2014 年由 István Horváth、Jon Hakkila 和 Zsolt Bagoly 领导的团队首次发现，他们也领导的团队现在比以往任何时候都更准确地确定了这一结构的大小。特别是，该团队发现它延伸到比以前计算的更大的径向范围。在这项研究之前，科学家们没有意识到附近的一些伽马射线暴也是这个巨大结构的一部分。

这一发现非同寻常，因为众所周知，赫拉克勒斯-日冕长城覆盖的区域宽 100 亿光年，宽 72 亿光年，厚度近 10 亿光年！就上下文而言，这足以容纳超过 94,000 个银河系沿着长城最长的一侧并排放置，该长城最长的一侧大约占整个可观测宇宙总宽度的 10%。

“由于大力神-日冕北极长城最远的范围很难验证，因此最有趣的发现是，它最近的部分比以前确定的更靠近我们，”亨茨维尔阿拉巴马大学的乔恩·哈基拉 （Jon Hakkila）。

银河系是我们的家乡星系，是一个叫做拉尼亚凯亚星系的另一个超星系团的一部分，它的宽度为 5 亿光年，与大力神-北极日冕长城相比相形见绌。事实上，该团队表示，后一种结构的真实程度目前尚未确定。

“我们的伽马射线暴样本还不够大，无法对大力神-日冕长城的最大尺寸设定比我们现在更好的上限，”Hakkila 说。“但它可能比我们之前确定的 100 亿光年延伸得更远。它比大多数可以与之比较的任何东西的大小都大。

GRB 是 2014 年发现大力神-北极日冕长城的关键，实际上是最近对这一巨大宇宙结构进行更深入研究的关键。Hakkila 解释说，两种不同类型的 GRB 被认为是宇宙中最明亮、能量最高的爆炸，被认为起源于恒星质量黑洞形成的两种机制。

长持续时间的 GRB 是持续两秒以上的高能伽马射线爆炸，来自导致超新星爆炸的大质量恒星的核心坍缩。另一方面，短持续时间的 GRB 被认为起源于双星系统中两个称为中子星的超致密恒星残余物的碰撞和合并。

“在这两种情况下，恒星系统坍缩产生的巨大能量都以相对论粒子射流的形式喷出。这些粒子远离喷流的喷嘴，发生反应以产生伽马射线和 X 射线，“Hakkila 说。“伽马射线暴可以在非常远的距离看到，因为它们非常明亮。”

插图显示了从垂死的大质量恒星中喷发的伽马射线暴。（图片来源：Robert Lea（由 Canva 创建））

Hakkila 说，因为伽马射线暴与垂死的恒星或两颗死去的恒星相撞有关，而且由于恒星是在星系中发现的，所以伽马射线暴也可以作为星系所在位置的量度。由于它们的亮度，GRB 可以指示星系的存在，即使该星系本身太暗而无法看到。

伽马射线暴的巨大亮度使它们能够成为宇宙中物质位置的标志，”Hakkila 说。

像大力神-日冕长城这样的结构让科学家如此困惑，部分原因与宇宙学原理有关，大多数宇宙模型都是建立在宇宙学原理之上的。

宇宙学原理表明，宇宙在大尺度上是均匀的和各向同性的，这意味着它在各个方向上看起来都应该相同。然而，用 GRB 追踪物质的位置表明，情况并非如此。

“令人惊讶的是，伽马射线暴聚集在北方银河系的天空中比在南方银河系的天空中要明显得多，”Hakkila 解释说。

在他们的新论文中，Hakkila 及其同事断言，根据宇宙学原理，如果物质的分布是均匀和各向同性的，那么任何大于 12 亿光年的宇宙结构都不应该在 138 亿年的宇宙中有足够的时间形成。

因此，由于位于大约 100 亿光年之外的 100 亿光年的巨大星系结构（如在大力神-北极日冕长城Earth_向天球西北区域聚集的密集 GRB 所示），这无疑挑战了宇宙学原理。

“一些理论宇宙学模型可以解释这么大的结构，而另一些则不能，”Hakkila 补充道。“对于这一切意味着什么，陪审团仍然没有定论。”

超大质量动力类星体追踪的大力神-日冕北极长城。（图片来源：Horváth 等人，2015 年）

该团队使用截至 2018 年收集的观测结果得出的 542 个 GRB 数据库，主要由 NASA 的费米伽马射线太空望远镜和尼尔·盖勒斯·斯威夫特天文台 （Neil Gehrels Swift Observatory） 收集的观测结果，得出了关于大力神-北极日冕长城大小的新线索。

伽马射线暴是宇宙学中有用的测量工具——但有一些注意事项。最主要的是，需要观察大量的 GRB 才能得出关于其分布的有意义的结论。

此外，如果科学家想对宇宙的结构得出准确的结论，就必须消除对 GRB 在太空中起源位置的错误识别。因此，科学家可能需要很长时间才能使用 GRB 来收集赫拉克勒斯-北极日冕长城的更好照片。

Hakkila 说：“我们花了多年的观察时间才收集到如此大的样本，主要使用来自 Fermi 和 Swift 的数据，这些数据在构建这个前所未有的数据集方面发挥了重要作用。 “收集如此规模的样本需要 20 多年的观察，我们预计在不久的将来不会有重大增加。”

展望未来，该团队打算继续分析用于本研究的样品中 GRB 的特性。

“我们可能需要比以前更仔细、更详细地研究它，”Hakkila 解释说。“展望未来，新的任务对于克服当前的限制至关重要。我们正在积极为THESEUS的发展做出贡献，THESEUS是一项拟议的ESA任务，旨在彻底改变GRB研究。

Hakkila 表示，凭借其无与伦比的灵敏度和天空覆盖范围，THESEUS，即“瞬态高能量源和早期宇宙勘测者”，预计将大大增加已知 GRB 的数量，尤其是在宇宙距离很远或红移很大的情况下。

“这最终可以提供绘制大力神-北极日冕长城全貌所需的观测杠杆，为理解大尺度结构形成和宇宙网提供突破，”Hakkila 说。

该团队研究的同行评审前版本出现在论文存储库网站 arXiv 上。