浙江大学研究人员通过分析丝状结构如何围绕其交汇节点缠绕，提出了一种研究宇宙网几何形态与对称性的新方法。浙江大学博士后研究员Pedro da Silveira Ferreira与岑人岳教授在研究中引入了“丝状臂—节点系统”（Filament-Arm Node Systems，简称FANS），并首次测量了这类系统的螺旋性与手性。结果与宇称对称性一致，同时还显示出宇宙网的缠绕程度可能随着宇宙演化而逐渐减弱的总体趋势。相关成果于2026年11月4日在线发表于国际天文学期刊《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）。
在远超单个星系的广袤宇宙空间中，数以亿计的星系并非均匀分布，而是沿着庞大的丝状结构聚集，并在交汇处形成高密度节点，节点与丝状结构之间则分布着相对空旷的宇宙空洞。这些结构共同构成了一张延伸数亿光年的巨大网络——“宇宙网”（Cosmic Web）。它记录了宇宙中的物质在引力作用下不断聚集、形成和演化的历史。
这张宇宙巨网的几何形态，还隐藏着一个有趣而深刻的科学问题：宇宙中的大尺度结构是否存在某种“左旋”或“右旋”的偏好？如果将宇宙结构置于镜像之中，其整体统计特征是否仍然保持不变？
这一问题涉及物理学中的基本概念——“宇称对称性”（Parity Symmetry）。在标准宇宙学模型中，宇宙早期的物质密度分布及其随后的引力演化，在统计意义上并不偏好任何一种手性。如果能够发现显著且可靠的左右手性差异，就可能意味着宇宙早期存在尚未被充分认识的物理过程，甚至为探索标准宇宙学模型之外的新物理提供线索。
然而，要从真实观测中检验这种对称性并不容易。天文学家需要找到一种既能准确描述宇宙结构的缠绕形态，又能区分不同缠绕方向的方法，同时还必须考虑巡天观测及宇宙网重建过程中可能产生的影响。
为解决这一问题，研究团队提出了“丝状臂—节点系统”（FANS）的新研究框架。每个FANS由一个宇宙网节点及与之连接的两条或更多丝状臂组成，研究涉及的典型共动尺度约为3亿光年。通过以节点为共同参照，沿着各条丝状臂向外追踪，研究人员便能够描述这些丝状结构在天空投影中呈现出的顺时针或逆时针缠绕形态。
图1 宇宙网中丝状臂—节点系统（FANS）的艺术示意图。高亮显示的丝状臂连接至同一个宇宙网节点，并与周围更大尺度的丝状结构共同构成宇宙网。（图片由AI生成）
在此基础上，研究人员引入了两个相互补充的测量指标：“宇宙螺旋性”（Cosmic Spirality）与“手性”（Handedness）。前者描述丝状臂围绕节点缠绕的强弱程度，不区分具体方向；后者则用于判断这种缠绕呈现顺时针还是逆时针取向。
通俗地说，这套方法既能够回答宇宙网中的丝状结构“缠绕得有多明显”，也能够研究它们究竟更偏向哪一种缠绕方向。这里的缠绕描述的是宇宙网的几何形态，而非天体本身的实际旋转运动。
研究团队随后将这一方法应用于斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）的两套独立宇宙网丝状结构重建目录。经过样本筛选，Chen目录和Carrón目录分别提供了6321个和9672个FANS系统。由于两套目录使用了不同的数据和重建方法，它们也为检验研究结果的可靠性提供了重要的交叉验证。
分析发现，两套样本均未显示出统计上显著的顺时针或逆时针缠绕偏好。研究人员还进一步检验了宇宙网是否可能围绕某一共同的三维方向呈现有序的手性分布，并考虑了从相反方向观察同一结构时，投影中的缠绕方向可能发生翻转的情况。这项检验同样未发现显著信号。
上述结果表明，在目前的观测精度和研究尺度下，宇宙网的缠绕形态与标准宇宙学所预期的宇称对称性一致，尚未发现支持特定手性偏好或共同缠绕轴的显著证据。这也为未来利用更大规模的巡天数据开展更精确的宇宙对称性检验提供了参考。
不过，研究团队在宇宙网的演化过程中发现了另一项值得关注的现象：宇宙网的缠绕程度似乎正在随时间逐渐减弱。
在红移0.1至0.6的研究范围内，对比不同宇宙时期的数据后，研究人员发现，两套目录中的宇宙网丝状结构在较早时期均表现出更强的螺旋性。即使仅比较具有相同丝状臂数量的系统，这一趋势依然存在，说明它并非简单由双臂、三臂系统所占比例的变化造成。
一种可能的解释是，随着宇宙在引力作用下不断演化，原本具有一定弯曲和缠绕形态的丝状臂逐渐趋于平直，并更加接近从节点向外延伸的径向排列。这一解释与此前部分数值模拟所揭示的演化趋势在定性上相符。不过，要进一步确定这种变化背后的物理机制，仍需要开展针对性的数值模拟研究。
这项研究将复杂的宇宙网丝状结构转化为以节点为中心、具有明确几何定义的可测量系统，为研究宇宙大尺度结构的形态演化及基本对称性提供了新的途径。
展望未来，随着中国空间站巡天空间望远镜（CSST）、薇拉·鲁宾天文台的时空遗珍巡天（LSST）、欧几里得空间望远镜（Euclid）、南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Roman）以及日本昴星团望远镜主焦点光谱仪（PFS）等大型观测项目不断积累数据，FANS方法有望应用于更加庞大的宇宙网样本。更丰富的观测资料将有助于提高手性检验的灵敏度，进一步揭示宇宙网缠绕形态与宇宙演化时期、所处环境及不同宇宙学模型之间的联系。
论文与作者信息
论文第一作者为浙江大学博士后研究员Pedro da Silveira Ferreira，Pedro da Silveira Ferreira与浙江大学岑人岳教授为共同通讯作者。署名单位均为浙江大学物理高等研究院宇宙学和计算天体物理学中心、物理学院天文研究所。
研究得到浙江大学科研启动经费、浙江省顶尖人才计划项目等支持，并使用了浙江大学“SilkRiver”超算平台。
论文题目： Filament-Arm Node Systems (FANS): A New Probe of the Winding and Chirality of the Cosmic Web
论文作者： Pedro da Silveira Ferreira、Renyue Cen
发表期刊：《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters），1011，L47（2026）
在线发表日期： 2026年11月4日
论文链接：https://doi.org/10.3847/2041-8213/aeb802
Paper and author information
Pedro da Silveira Ferreira is the first author, and he and Renyue Cen are the corresponding authors. Both authors are affiliated with the Center for Cosmology and Computational Astrophysics at Zhejiang University's Institute for Advanced Study in Physics, and with the Institute of Astronomy in the School of Physics.
The research was supported by Zhejiang University start-up funding and the Zhejiang provincial top-level research support program. The study used Zhejiang University's SilkRiver Supercomputer.
Paper title: Filament-Arm Node Systems (FANS): A New Probe of the Winding and Chirality of the Cosmic Web
Authors: Pedro da Silveira Ferreira and Renyue Cen
Journal: The Astrophysical Journal Letters, 1011, L47 (2026)
Published online: 4 November 2026
Paper: https://doi.org/10.3847/2041-8213/aeb802
