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發現宇宙中「超級空洞」寬18億光年

歐洲航天局用普朗克望遠鏡拍攝的宇宙冷區圖

  本報記者劉園園 

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  宇宙中最大的結構是什麼?天文學家的答案可能會出乎你的意料:一個巨大無比的洞。

  據英國《衛報》4月21日報道,發表在英國《皇家天文學會月報》上的最新研究發現,宇宙中存在一個超級空洞,這是一團橫跨18億光年的球狀物質,其中的星系密度遠遠低於正常區域。該研究的負責人、夏威夷大學天文學家伊斯特凡·扎普迪稱,這團物質“可能是人類發現的最大的結構”。

  宇宙超級空洞的“珠峰”

  早在2007年,天文學家就發現一個直徑為10億光年的宇宙超級空洞。與之相比,新發現的宇宙超級空洞要大得多。

  最新研究使用坐落於夏威夷哈雷阿卡拉火山的泛星1號望遠鏡,以及美國國家航空航天局(NASA)的寬視場探測器衛星,測量了30億光年以外太空區域的星係數量。當然,從宇宙的角度來看,這還是一段相當近的距離。

  值得注意的是,宇宙超級空洞並不完全是真空的,它比我們所在的宇宙中的物質少20%。“它只是密度超低而已。”該研究的合作者之一、匈牙利羅蘭大學的翁德拉什·科瓦奇說。

  這團物質可能聽起來沒什麼不尋常,甚至幾乎不像一個單獨存在的物質,但鑒於這種規模的宇宙超級空洞的分佈情況,科學家認為它的發現是史無前例的。

  英國杜倫大學宇宙學家卡洛斯·弗朗克教授把新發現的宇宙超級空洞比作宇宙空洞中的“珠峰”。他認為,肯定存在一個比其餘宇宙超級空洞都大的超級宇宙超級空洞。

  “這是目前科學家發現的最大的宇宙超級空洞。”科瓦奇認為,綜合它的規模以及空洞性,新發現的宇宙超級空洞十分罕見,在可觀測的宇宙中,這樣大的超級超級空洞可能屈指可數。

  可解釋宇宙“冷區”

  宇宙超級超級空洞的發現得益於先前的天文學研究結果:大約一萬個星系正在從太空中消失。扎普迪的科研團隊有意去尋找宇宙超級空洞,因為他們相信,它可以解釋先前研究所發現的事實——太空的一部分超乎尋常地低溫。

  這個所謂的宇宙“冷區”在10年前被發現,它為解釋大爆炸後宇宙進化過程的最佳理論模型提供了關鍵支撐。弗朗克說,宇宙冷區引起了眾多爭議,最關鍵的問題是,它是如何產生的,它是否會挑戰傳統理論。

  新發現的宇宙超級超級空洞就位於宇宙冷區的中心。科學家認為,宇宙超級空洞可以為宇宙冷區提供部分解釋:這個巨大而空洞的區域,吸走了從其中穿過的光的能量。因為假設宇宙在加速擴張,光子在穿越一個空洞區域時會慢下來,溫度也會降下來。

  具體原理是光子從空洞區域中間穿過時,離濃度更高的宇宙區域更遠,它們會將動能轉化為重力勢能——可以想像它們在爬一座山。如果在一片均勻的宇宙區域,會出現對稱的情形,也就是說光子下山走出空洞區域時會重新獲得動能,並以同樣的速度退出空洞區域。然而,實際上隨着宇宙空間被拉伸,物質的密度越來越低,宇宙空洞也會變得更淺。也就是說,當光子翻過宇宙空洞這座山時,山變得更加平坦了,光子無法重獲在上山時失去的所有動能,也就是無法恢復之前的速度。如此看來,宇宙冷區的出現與宇宙超級空洞不無關係。

  除暗能量外謎團更多

  在此之前,觀測宇宙冷區的天文學家確認在那片太空區域的更遠處並不存在宇宙超級空洞,但是後來,更近的太空區域一直沒有得到研究。最新研究則發現,更近處確實存在一個宇宙空洞,而且是超級空洞。

  儘管如此,這一發現非但沒有完全破解已有的疑團,反而讓科學家更為困惑。弗朗克認為,宇宙超級空洞只能部分解釋宇宙冷區的溫度下降問題,無法為宇宙冷區提供全部答案,這是科學家依舊困惑的地方。

  英國倫敦帝國學院的宇宙學家羅伯托·特羅塔博士說:“它只是讓之前對宇宙冷區的解釋更近了一步,但是現在我們不得不弄明白,宇宙超級空洞本身是如何形成的。它的確太罕見了。”

  宇宙超級空洞從側面證明了“奇異物理學”的存在:總是存在科學家也搞不明白的奇異現象。不過,它的發現還有另外一層意義。宇宙冷區與宇宙超級空洞的觀測結果互相吻合,這符合宇宙正在加速擴張的理論——科學家把這種現象歸因於暗能量。弗朗克說:“如果有人質疑暗能量存在的話,宇宙超級空洞可以作為暗能量存在的獨立證據。”

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:科技日報 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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