由伽玛暴勾勒出的宇宙最大尺度环状结构？
前日在百无聊赖之中接到某友人的问话，称新近发现的伽玛暴组成的大尺度结构是个啥？这消息乍看之下实在是把本人吓得不轻，伽玛暴只是恒星级的爆发，在观测上不过反映为点源伽玛射线流量的突增与迅速衰减，而且在天空中基本是随机分布，何来大尺度一说？赶忙追本溯源之，原来是刚刚发表在《皇家天文学会月刊》上的Balázs et al. (2015)号称利用伽玛暴发现了宇宙中最大的环状结构，直径达1720百万秒差距。由于这个结构远大于370百万秒差距的过渡尺度，因此就对默认宇宙大尺度各向同性的宇宙学原理提出了挑战。
正文开始之前先要打个预防针，这篇文章的多名作者长期以来在伽玛暴的圈子里多少有些不“正统”。虽说还不至于是民间科妄，但至少在本人的印象中，L. G. Balázs、Z. Bagoly与I. Horváth这几位之前就没少发表非主流论断，比如存在介于长短暴之间的第三类中间暴之类，圈子里的不少人对这些观点所持的态度大抵还是看看就好。而宇宙在大尺度上偏离各向同性的证据虽然貌似日渐浮出水面，之前站里也提到过与之相关的宇宙特殊取向问题，但这些东西的不确定性都还不小，所以也都还是仅供参考，如果不是相关问题的研究者，知道有这样的说法就足够了，不能将其当作定论全盘接受。
言归正传。Balázs et al. (2015)的研究背景是类星体的成团现象。众所周知，类星体是活动星系核的一种表现，其光度可以胜过宿主星系很多倍。这类天体往往与星系群或小型星系团成协，可以凭借其超高的光度勾勒出群/团内其他物质的分布。如果类星体出现成团性分布，则说明背后蕴涵着物质的大尺度集中。研究者已经在这方面进行了众多的分析，并发现了一系列延伸1000百万秒差距以上的结构，这样的大小远远超过了星系团巨壁的尺度，也比要求各向同性的宇宙学原理能够容忍的最大尺度要大上很多。
斯隆数字巡天给出的星系分布，可见其中的星系团巨壁和巨洞结构。（图片提供：Sloan Digital Sky Survey Team, NASA, NSF, DOE）
在此背景下，I. Horváth等人在2013年至2014年间进一步提出，可以通过研究伽玛暴的分布来勾勒出宇宙大尺度结构，并由此发现了绵延数千百万秒差距的所谓“伽玛暴巨壁”，堪称当前已知的最大尺度特征（这次发现的只是“最大的环状结构”，二者还是有所不同的）。伽玛暴作为大尺度结构指针的优点在于光度更高，且针对它们的巡天仪器视场普遍较大，观测覆盖也更为均匀。这种现象（尤其是长暴）的宿主星系通常是中小型贫金属星系，而非拥有类星体的较大星系，二者的分布可能有所不同，不过这一点号称对大尺度结构的辨认并无太大影响。这里还要补充的背景是，虽然人们早在20多年前就确认伽玛暴在空间上是各向同性出现的，但是这并不意味着它们的红移分布是均匀的——恰恰相反，伽玛暴的径向分布明显偏离均匀情形，相对某些特征红移有所集中，这很可能是受到宇宙产星史的影响。另外后来的研究表明，各向同性一说的可靠性也值得商榷，比如L. G. Balázs等人在1998年前后就发现，这一点可能只对时标长于10秒的爆发才适用。
Balázs et al. (2015)探讨的是红移已知的伽玛暴样本，共计361个。不过必须要注意的是，观测到的伽玛暴空间分布不一定是实际分布的真实反映，因为前者受制于探测器的灵敏度、巡天策略等人为影响很大的参量，并非无偏样本。更且这300多个伽玛暴是由不同小组使用不同仪器观测到的，这增加了分析工作的复杂性。
在排除了所有可能因素影响之后，作者计算了伽玛暴空间分布相对各向同性的偏离程度。I. Horváth等人在2013年到2014年间的工作是将所有伽玛暴按红移划分为k个样本，探讨它们是否在球坐标的θ和φ方向（这里使用银道坐标系，因此两个角坐标对应银经和银纬）上分布一致，由此发现在红移1.6到2.1之间的伽玛暴明显集中于银道面以北的天区。这次他们换用了独立于前者的另一种方法，考察了每个伽玛暴相对第k个爆发的角距离，并由此求出了伽玛暴的分布密度波动相对k的变化。只要改变k的大小，就可以寻找不同尺度上的可能结构了。
伽玛暴分布密度变化相对第k阶近邻的关系，可见在k较小时起伏极大。（图片来源：Balázs et al. 2015）
虽然较小的k值能够反映宇宙中的小尺度物质分布情况，但在过小的尺度上，伽玛暴本身的发生就存在很大的偶然性。为了尽量排除这种偶然性的可能影响，需要在k值与密度起伏之间作出妥协。由上图可见，在k小于5时，密度分布的起伏随k迅速下降；而k大于8之后的变化要缓和得多。因此Balázs et al. (2015)的作者选择了k=8、10、12、14这几种情形进行重点分析，发现确实暗示了伽玛暴不均匀性的存在，除了先前发现的“伽玛暴巨壁”之外，似乎还有新的结构浮出水面。
在此基础上进行的一系列Kolmogorov–Smirnow检验与χ2检验证实了这种不均匀性并非偶然，并说明在2800百万秒差距之外存在伽玛暴空间密度的高峰，这一结果的统计置信度高达99.9%以上。更具体地说，这个高峰在观测上表现为呈环形分布的9个伽玛暴，它们的红移介于0.78到0.86之间。环状结构本身在共动系中的直径是1720百万秒差距，在天球上的张角达到了36度（长轴43度，短轴30度），堪称宇宙中最大的圆环。作为比较，巡天中常见的星系巨洞尺度只是它的十分之一不到。需要分清的是，这一结论与I. Horváth等人先前的工作不尽相同，后者所发现的结构尺度更大（3000百万秒差距），距离更远（4000到6000百万秒差距），而且也非环形。
银道坐标系下2800百万秒差距处的伽玛暴空间分布，9个伽玛暴组成的环形群簇清晰可见。（图片来源：Balázs et al. 2015）
那么问题就来了，这道巨环的本质是什么？最简单的解释也许就是环形的闭合宇宙弦了。如果这一说法成立，它是宇宙弦尖端放电产生伽玛暴的有力佐证。但考虑环路上的各个伽玛暴红移统一，观测者应该是正视宇宙弦的。这个“正视”的要求在统计上出现的概率较低，而且借助宇宙弦这种奇异的机制似乎又有些让人难以接受，其他更普通的可能性也是值得探讨的。
如果认为环中的这些伽玛暴还是起源于传统的大质量恒星坍缩，那么它们的密度分布就应该与相应天区中的大质量前身星数量成正比，进而反映了宿主星系中的产星活动，因此环状结构可能是一系列星系产星区的表征，实际上它可能是一个球壳在天空中的投影，整个壳层所占据的空间是典型超星系团的上万倍。基于产星区假设，Balázs et al. (2015)估算出了环状结构的质量，在数量级上介于太阳的1017至1018倍之间，而整个球壳的质量10倍于此。
如果这样的环状结构确实存在，无论其真实身份如何，它对当前的宇宙学模型来说都是个麻烦，因为产星活动或者物质密度的波动是否可以产生尺度如此之大的圈环首先就是个未知数。姑且抛开宇宙学原理不谈，形成于暴涨期的大尺度结构框架（也就是日后的超星系团的基础）在再复合之前即已大体成形，之后只会缓慢演化，而尺度过大的结构也不会再互通有无，上千百万秒差距的巨环就算可以形成，如何保持到今天也是很难解释的。不过首先这道伽玛暴圆环是否属于物理实体都要打上问号。要知道这种剧烈爆发是一类罕见现象，平均每1000个超星系团才会出现一个，一群伽玛暴集中形成这样的构造，不禁让人怀疑其真实性啊。（由此不禁想到了当年某版本的Skymap Pro，某星周围存在一群呈正圆分布的暗星，至今本人也不知道这究竟是实际情况呢，还是软件或星表的bug，嗯，扯远了扯远了……）
所以最后的套话就是，为了查明这道由伽玛暴勾勒出的圆环的真实属性及其成因，进一步的研究是必需的。现在我们发现的只是这一可能的最大尺度结构的线索，未知数很多，千万不要因此以为现代宇宙学的根基受到了根本性的动摇，大爆炸与暴涨模型统统变得不可信了。
