| 天人地 | 2024-01-17 17:04 |
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仰望夜空，总是被星星所吸引，而星星之间的空间，那些黑暗区域很少被人关注得到。 实际上，这些看起来什么都没有的区域，也是宇宙的组成部分。甚至和太阳之类的天体以及更大的星系比起来，这些什么都没有的区域，占据面积比前者还要更大。两者结合在一起，才共同构成了宇宙的全部。 问题在于，为何宇宙空间有些地方会分布星系，而有的地方则绵延数千万光年没有一个星系，难道宇宙的介质是不均匀的？这些星系到底是以怎样的规律分布的？ 更有甚者提出，我们的银河系会不会就置身于一个巨大的空洞之中？  空洞和纤维状结构的关系 先从我们生活的地球说起，行星虽然不是宇宙中最小的结构，但是相对来说，它犹如宇宙空间内天体构成的基本单位。 地球绕着太阳运转，和其他行星一起组成了恒星系统。大量像太阳这样的恒星系统聚集在一起，又构成了像银河系这样的星系。  所以，天体的组成和由此形成的区域规模是由小到大的。不过，这一切只是宇宙结构的一部分，或者可以粗略看成是构成宇宙整体结构的一半。 因为这些天体，从宏观上看是聚集在一起的，可如果从微观上看，各个天体之间又存在距离。就像地球到月球，地球到太阳，太阳到其他恒星之间，各个之间距离远近不同。  空洞区域有多大，取决于各个天体之间的距离。空洞和天体的关系，就好比填充物和空出部分的关系。 比如一根藕或者丝瓜，它们的内部有相连接的部分，藕是果实相连接，丝瓜是瓤相连。而在相连的区域之间，也有空出的部分。  宇宙内空洞的存在也是如此。此外，天体组成的星系，在宇宙内并不是均匀分布的，有的宇宙空间内有，有的就没有，或者分布的数量很稀少。 从宇宙整体的结构来看，星系组成的大 尺 度结构，和空洞相互依存，有前者的存在就一定会有后者的存在。  一个规模和超星系团大小的空洞，在天文学上也被称为超级空洞或者超空洞。从上世纪后半叶开始，天文学家已经发现了大量的空洞，它们在宇宙中分布广泛而且区域面积广大。 只是相比于天文学家和外界对星系的关注，长久以来人们对宇宙中空空如也的区域，似乎并没有多大兴趣。不过，空洞区域也并非什么都没有。  空洞区域也有“东西” 再举个例子，把一个房间当成宇宙，一个个气球就是天体，气球簇拥在一起就说星系，房间内没有气球的区域，就可以看作是空洞。 就像房间内飘浮的气球不是均匀分布的那样，从三维空间的角度看，宇宙内星系的分布也是不均匀的。 天文学家此前观察到，星系组成的大 尺 度结构中，在这些结构的连接区域，星系的分布密度很高。星系之间的相互作用，比如融合、分裂等现象也很频密。  按照天文学家的测算，宇宙中星系所占据的区域面积不到40%，而空洞所占据的面积，或者从三维空间角度说是体积，却超过了60%。也就是说，空洞占据的区域，要比星系占据的区域要大。  再举一个不太恰当的例子，星系簇拥而构成的区域，就好比人口密度大的城市。而城市之外的区域好比空洞区域。乡村就像是空洞区域内的少量星系，构成人口稀少且分布密度低。 假设一个地区乡村人口增加，最终一个个乡村连成片形成了城市。同样在宇宙中，空洞区域内的星系如果也大量聚集的话，由此也会形成新的星系区域，而且还有可能跟原来的星系区域连成一体。  天文学家发现，空洞区域星系的质量高，恒星相对年轻且形成率也更高。根据测算，这些区域内恒星形成星系的比例，比宇宙其他区域高20%。 什么意思呢？就是说现在看起来是空洞的区域，在未来也可能会聚集形成新的星系区域。天体的诞生，就是通过引力的作用，相互吸引并最终由小到大连成了一体乃至一片。  不过也有观点认为，空洞区域内的星系，跟其他星系并没有本质差别。这些星系本身总体的性质差别，是由组分的不同所导致的。 而国内的研究人员则发现，空洞区域内的恒星年纪更小，所以它们的光度不够高，质量本身也比较小。  本星系群旁边的本地空洞 地球位于银河系，银河系又位于本星系群，就在星系群的旁边，正是一个空间范围巨大的空洞。 上世纪80年代，夏威夷大学的天文学家发现了这一空洞，此后它就被命名为了本地空洞。 它的跨度很大，延伸区域超过了6000万秒差距，等于2亿光年左右。天文学家推测，从地球出发到本地空洞的中心区域，距离在7500万光年左右。  其实也不难，就像上面所提到的那样，空洞区域并非什么也没有，同样也有少量的星系分布。在天文学领域，为了和银河系这样动辄由数千亿颗恒星组成的星系做出区分，空洞区域的少量星系和小星系，被统称为矮星系。  但是在天文学家看来，像本地空洞这样星系密度低的空洞区域，没有办法用标准宇宙学的框架去解释它。 此前在2010年的时候，有天文学家发表观点指出，需要引入人类还不知道的“第五种力”来解释空洞区域。就是说，有的天文学认为，空洞区域密度低的星系分布，跟星系区域的情况不一样，不能用常规的宇宙学理论去解释。  第一个原因是，本地空洞所处的区域，在宇宙空间属于低暗物质密度区，这一区域内暗物质晕的密度，要比其他区域的平均密度低很多。而暗物质晕，正是星系形成的基石。 第二个原因是，空洞区域内的暗物质晕形成时间较晚，进而也就导致了恒星乃至星系形成的效率比较低。  而这一理论，实际上跟国内天文学家在2015年发表的研究是相呼应的，即空洞区域内的星系形成，从时间上看都处于演化的早期阶段。  本星系群两边的空洞 本地空洞只是本星系群一边的空洞，在它的另一边，还有一个区域面积更大的空洞，即南方本超空洞。 我们所处的本星系群，就好像是一道“墙”，将两个空洞区域给隔离开了。当然，由于空洞区域的面积太过于庞大，人们进而就觉得，不管是本星系群，还是地球所在的银河系，其实是被巨大的空洞所包围着。  南方本超空洞的体积，大概是银河系的6000亿倍，它的区域最窄处的长度，都超过了1.1亿秒差距，其中心区域到地球的距离，大概是9600万秒差距。 所以从这些数值看起来，空洞区域的面积，要比星系区域所占据的宇宙空间还要大。  结语 南方本超空洞的区域面积还不够大，2007年时，天文学家就发现过另一个大的空洞，它的直径在10亿光年左右。 和其他的空洞区域一样，这个空洞内星系的数量也很少，暗物质的规模也难见其踪迹。这个空洞区域距离地球，在60亿光年到100亿光年之间。  因此从宇宙更宏观的角度去看，星系区域和空洞区域的关系，就是你中有我我中有你，相互包围彼此的关系。 而且，目前所观察到的星系和空洞，都是技术水平所能触及的范围。在这之外宇宙的空间究竟有多大，天文学家也不知道。  |
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