你能想象,一个洞跨度接近十亿光年吗?它就在宇宙中

明尼苏达大学的科学家在《天体物理学杂志》上发表了一项惊人的发现。他们宣称,宇宙中有一个洞——一个比科学家们所看到或预期的任何东西都大得多的洞。这个“洞”跨度近10亿光年,距离地球60至100亿光年,位于波江座[来源:每日科技(Daily Tech)]。(参考:一光年约6万亿英里。)

太空尘埃图库

是什么使宇宙中这一大片区域变成了一个洞?这片区域几乎没有宇宙物质的迹象,也就是说没有恒星、行星、太阳系或宇宙尘埃云。研究人员甚至找不到暗物质,暗物质是看不见的,但可以通过它的引力来测量。那里也没有任黑洞的何迹象,黑洞一旦出现在该地区就可能已经吞噬了那里的物质。

这个洞最初是由美国宇航局的一个研究宇宙大爆炸辐射扩散的项目探测到的,科学家们认为大爆炸产生了我们的宇宙。然后,该项目使用从甚大天线阵(VLA)望远镜收集的信息对其进行进一步检测,甚大阵射电望远镜用于美国国家射电天文台甚大天线阵巡天观测项目(NRAO VLA Sky Survey Project),以研究可见天空的大部分区域。


(图解:这张照片描绘了宇宙微波背景辐射的扩散,从大爆炸后的宇宙开始(左),扩散到宇宙的许多星系、星系团和空洞(中),最后是CMB图。在巨大的空洞中,WMAP卫星(左上)探测到一个冷点,而VLA射电望远镜(左下)观测到的星系更少。图源:BILL SAXTON, NRAO/AUI/NSF, NASA)

一位研究人员称这一发现“超常”,与计算机模拟及过去的研究背道而驰[来源:雅虎新闻(Yahoo News)]。其他这样的洞,或称为空洞,以前已经发现过,但这个是迄今为止最大的。其他空洞的大小约为这个空洞的千分之一,而科学家们曾经观测到一个接近200万光年远的空洞——从宇宙的角度来看几乎就在一条街上[来源:CNN.com]。

天文学家布伦特·图利(Brent Tully)告诉美联社,星系空洞很可能是由于高质量的空间区域从质量较小的区域吸引物质而形成的[来源:CNN.com]。数十亿年后,一个区域的大部分质量可能会流失给一个高质量的临近区域。面对此种巨型空洞,进一步的研究可能会揭示出这个区域的一些物质,但它仍会远远少于在“正常”的空间部分所发现的物质。

早些时候,我们说这个空洞是通过美国宇航局的一个项目首次发现的,该项目研究宇宙大爆炸产生的辐射。在下一页中,我们进一步了解这个计划,以及科学家如何能够回顾宇宙的历史——几乎是宇宙的起源——从而得出这样的发现。

2001年6月30日,美国宇航局发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP),这是一颗卫星,此后一直用来绘制宇宙微波背景(CMB)辐射图。CMB辐射有数十亿年的历史,是宇宙大爆炸的副产品,科学家以无线电波的形式探测到它。CMB辐射有助于洞察宇宙早期历史,它能显示出宇宙在数十万年前的样子。通过研究CMB辐射的扩散,科学家们可以发现宇宙自大爆炸以来是如何发展的,以及宇宙将如何继续发展甚至终结。

在明尼苏达大学的研究人员进一步研究这个巨大的星系空洞之前,它被称为“WMAP冷点”,因为美国宇航局的科学家测量到该地区的温度比周围地区要低。尽管温差只有几百万分之一度,但这足以表明,这一部分空间的情况大不相同。

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(图解:这两幅图像描绘了星系空洞和周围区域的温度变化。左边的图像是由美国宇航局的一颗卫星拍摄的,而右边的图像则来自NRAO甚大阵列巡天观测中使用的射电望远镜。图源:IMAGE COURTESY RUDNICK ET AL., NRAO/AUI/NSF, NASA)

为了理解为什么星系空洞更冷,需要着重考虑暗能量的作用。和暗物质一样,暗能量在整个已知的宇宙中都很普遍。但在一个缺乏暗能量的区域,光子(源自大爆炸)会在接近物体时从物体中获取能量。当光子离开时,这些物体的引力会把能量拿回来。结果就是能量没有发生净变化。

暗能量存在的区域运作方式不同。当光子通过含有暗能量的空间时,那些暗能量会给予光子能量。因此,有大量光子和暗能量的区域在扫描中会显示出更高的能量和热量。如果光子通过一个缺少暗能量的星系空洞,就会损失一些能量。这些区域继而发出更冷的辐射。一个几乎没有物质或暗能量存在的巨型空洞,如WMAP冷点,会导致辐射温度显著下降。


暗物质和暗能量对科学家来说仍然相当神秘。许多科学研究正在进行,以检测这些物质及其在各种宇宙过程中的作用。暗能量可能比暗物质更难理解,但科学家们明白暗能量在加速宇宙增长方面起着重要作用,特别是在本世纪的宇宙学历史上。我们还知道,光子通过暗能量时,会产生能量变化,从而产生不同的温度,这些温度继而会在CMB图中表示出来。研究这些温度波动可以让科学家了解宇宙是如何产生和发展的。鉴于暗能量是宇宙中最常见的一种能量,在未来的几年里,它会继续在宇宙学研究中占据突出的地位。

FY:Jean

作者:Jacob Silverman

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