宇宙中除了恒星和星系,還有著數(shù)量繁多的空洞,雖然它們內(nèi)部并非空無一物,但出于某種我們尚不了解的機(jī)制,空洞內(nèi)的物質(zhì)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(nèi),只有區(qū)區(qū)60個星系,相較于銀河系所在的本星系群和本星系團(tuán),牧夫座空間內(nèi)幾乎就是空無一物的狀態(tài),天文學(xué)家甚至認(rèn)為如果銀河系就位于牧夫座空洞內(nèi)的話,人類直到現(xiàn)在可能都會認(rèn)為銀河系就是宇宙中唯一的星系。
雖然天文學(xué)家早在1981年就發(fā)現(xiàn)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(tuán),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(nèi)的本星系團(tuán),甚至連本星系團(tuán)之上的室女座超星系團(tuán)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(tǒng),是室女座超新星的上級,形似羽毛的拉尼亞凱亞超星系團(tuán),它的直徑達(dá)到了驚人的5.2億光年,幾乎相當(dāng)于牧夫座空洞的兩倍了。
目前的宇宙學(xué)模型認(rèn)為,大量星系會在幾十億光年的尺度上呈現(xiàn)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(tuán)便是宇宙長城上的節(jié)點,而在暗物質(zhì)和暗能量加起來占宇宙質(zhì)能總量95%的情況下,由普通物質(zhì)構(gòu)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(nèi)部除了那60個星系外就是暗物質(zhì)和暗能量了。
其中暗物質(zhì)負(fù)責(zé)提供額外的引力讓星系不至于解體,暗能量則負(fù)責(zé)讓我們的宇宙加速膨脹,即哈勃和韋伯望遠(yuǎn)鏡看到的:距離地球越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)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(yuǎn)失去聯(lián)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(dá)到了5億光年,由于內(nèi)部物質(zhì)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(lán)色的斑點的形式被天文學(xué)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(yù)見的未來隨著韋伯望遠(yuǎn)鏡的大范圍觀測,一定還有更多的空洞等待天文學(xué)家們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。
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(biāo)準(zhǔn)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(guān)于宇宙的理論就一定是正確的,比如最近韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果表明宇宙的年齡可能是267億年,而不是此前認(rèn)為的138億年。
在這種情況下,有關(guān)宇宙空洞的研究在未來也許也會迎來新的變數(shù),但不論怎樣,人類都不會放棄研究宇宙。