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2.5億光年范圍內,只有60個星系,為什麼會出現牧夫座空洞?
2023/07/27

宇宙中除了恒星和星系,還有著數量繁多的空洞,雖然它們內部并非空無一物,但出于某種我們尚不了解的機制, 空洞內的物質密度只有其他地方的十分之一甚至百分之一。

比如直徑2.5億光年的牧夫座空洞內,只有區區60個星系,相較于銀河系所在的本星系群和本星系團,牧夫座空間內幾乎就是空無一物的狀態,天文學家甚至認為如果銀河系就位于牧夫座空洞內的話,人類直到現在可能都會認為銀河系就是宇宙中唯一的星系。

雖然天文學家早在1981年就發現牧夫座空洞了,但距離地球7億光年的它身上還有很多謎團, 作為一個占可觀測宇宙直徑2%的超級空洞,牧夫座空洞能輕松裝下包括銀河系和仙女座星系在內的本星系團,甚至連本星系團之上的室女座超星系團也能輕松拿捏,畢竟它的直徑只有1.1億光年。

目前唯一比牧夫座空洞還大的天體系統,是室女座超新星的上級,形似羽毛的拉尼亞凱亞超星系團, 它的直徑達到了驚人的5.2億光年,幾乎相當于牧夫座空洞的兩倍了。

目前的宇宙學模型認為,大量星系會在幾十億光年的尺度上呈現絲狀纖維叢排列,這種纖維叢便是宇宙長城,拉尼亞凱亞超星系團便是宇宙長城上的節點,而在暗物質和暗能量加起來占宇宙質能總量95%的情況下,由普通物質構成的星系自然不可能塞滿全宇宙,所以宇宙長城之間肯定會有很多空隙。

這種空隙便是宇宙空洞,而牧夫座空洞就是就是距離地球最近的一個超級空洞,它內部除了那60個星系外就是暗物質和暗能量了。

其中暗物質負責提供額外的引力讓星系不至于解體,暗能量則負責讓我們的宇宙加速膨脹,即哈勃和韋伯望遠鏡看到的: 距離地球越遠的星系遠離地球的速度越快,最終它們會在距離地球140億光年的地方超過光速,也就是說一旦星系和地球的距離超過140億光年,地球就和它們永遠失去聯系了。

就目前的情況下而言

牧夫座空洞并不是唯一的空洞,也不是最大的空洞,宇宙微波背景輻射圖的右下角的CMB冷點,才是最大的空洞,被稱為Eridanus超級空洞的它,直徑達到了5億光年,由于內部物質稀少所有溫度顯著低于宇宙其他地方,這才在微波背景輻射圖上以藍色的斑點的形式被天文學家察覺到了。

距離地球最近的空洞是7500萬光年外的本地空洞,它的直徑大約有1.5億光年,銀河系相對而言比較靠近這個空洞的邊緣,在可以預見的未來隨著韋伯望遠鏡的大范圍觀測,一定還有更多的空洞等待天文學家們去發現。

總的來說

我們對宇宙空洞的了解還很有限,雖然我們能用宇宙標準模型去解釋空洞的起因和演化,但在人類文明科技史只有幾百年的情況下,人類很難說自己關于宇宙的理論就一定是正確的,比如最近韋伯望遠鏡的觀測結果表明宇宙的年齡可能是267億年,而不是此前認為的138億年。

在這種情況下,有關宇宙空洞的研究在未來也許也會迎來新的變數,但不論怎樣, 人類都不會放棄研究宇宙。

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