是誰「偷走了」2.5億光年內的天體,給宇宙留下了一片荒原?

2020-08-10 姿勢分子knowledge

根據宇宙各向同性的特點,當我們朝任意一個方向觀測,只要觀測的距離足夠遠,就可以看到至少一顆恆星。

但是,當天文學家將望遠鏡對準牧夫座的時候,發現了一片巨大的幾乎沒有天體的區域。這個區域如此空曠,令科學家們十分驚訝,也挑戰了現有的大量理論。即便宇宙各向同性的理論已經遭受到了大量的質疑,但它的存在依然給我們帶來了巨大的困惑。

牧夫座空洞

1981年,天文學家Robert Kirshner在距離我們大約7億光年的位置,發現了這個詭異的空洞。由於它位於牧夫座,因此稱之為牧夫座空洞(Boötes Void)。

我們知道,星際空間本來就是高度真空的,恆星的分布極其疏散也是正常的。但是,牧夫座空洞的尺寸遠遠超過了正常的範圍,比理論的空白區域上限還大了10倍。

據觀測,牧夫座空洞的直徑達到了驚人的3.3億光年,這個尺寸佔可觀測宇宙直徑的0.27%,足夠並排放下2200個銀河系。我們知道,在星系團或者超星系團中,星系普遍以絲狀或者網狀的形式分布,這種結構自然會出現大量的空白區域,我們稱之為空洞。但是,正常的空洞尺寸只有幾百或者幾千萬光年,遠遠小於牧夫座空洞。因此,人們給牧夫座空洞起了個新名稱——巨洞

(圖片說明:本超星系團附近的空洞,右側最大的就是牧夫座空洞)

說是空洞,但牧夫座空洞並不是完全的真空。剛發現牧夫座空洞的時候,科學家在236000立方百萬秒差距的空間內僅僅發現了1個星系。隨著其他觀測的進行,科學家們到目前為止一共觀測到了60個星系。但是,根據現有的理論,如此巨大的空間內應該至少有10000個星系。相比之下,我們銀河系所在的室女座超星系團(本超星系團)直徑僅1億光年,尚且包含了大約2000個星系。

問題在於:牧夫座空洞中的星系都去哪了呢?

外星人該背鍋嗎

有人由此想到了尼古拉·卡爾達舍夫在1964年時提出的宇宙文明等級中的三級文明,也就是所謂的星系文明。根據他的猜想,這樣的文明基本上就是宇宙中最先進的生物了。他們可以將整個恆星系控制在自己的手中加以利用,以滿足自己的發展。


就像很多人在聽說某顆恆星突然變暗、消失就聯想到戴森球一樣,人們在聽說了牧夫座空洞之後,自然而然會想到卡爾達舍夫提出的三級文明,並且猜想:莫非那裡有非常先進的宇宙文明,是他們將方圓幾億光年以內的天體全都「偷走」了嗎?

首先,如果外星文明真的可以把3.3億光年內的天體都控制起來,這個文明等級絕對不僅僅只有三級,而是幾乎達到了四級文明。不過,連卡爾達舍夫本人在提出文明等級理論的時候,也沒有設想到四級文明,因為他認為宇宙中不可能有如此強大的文明存在

其次,雖然外星人是一種可能的答案,但是大家也不必一看到未解之謎就讓外星人背鍋。


而且,如果真的有這樣的外星人,它們也不可能只留下這麼一點蛛絲馬跡。科學是講究道理和證據的,提出理論的同時還要拿出證據,否則是無法說服別人的。

答案可能是暗能量

按說宇宙大爆炸已經過去138億年了,宇宙在這138億年的時間裡不斷地膨脹,還經歷了暴漲期,天體之間互相遠離,形成巨大的真空區域也是正常的。但是科學家的計算結果顯示,138億年的時間最多只夠宇宙產生直徑幾千萬光年的空白區域,也就是牧夫座空洞的1/10。

牧夫座空洞如此空曠,以至於星系之間的間隔也大得驚人。天文學家格雷格-奧爾德林(Greg Aldering)根據人類觀測能力發展的歷史來形容牧夫座空洞:「如果銀河系位於牧夫座空洞的中心,那麼我們直到20世紀60年代才有可能發現其他的星系。」

想要解釋牧夫座空洞為什麼這麼空,我們可以反其道行之,先理解一下宇宙中某些區域為何天體密度那麼大。這個問題看起來更簡單一些:質量大導致引力大,引力大意味著天體之間更加互相吸引,所以聚攏在一起。

那麼,牧夫座空洞如此空曠,或許就是來自於一種相反的力量——斥力。目前我們已知的能夠在宇宙尺度引發如此強大斥力的,就是暗能量了。

暗能量是目前解釋宇宙膨脹的最佳理論,被認為是導致宇宙膨脹、決定宇宙命運的根本。科學家們認為:也許牧夫座空洞內部有巨大的暗能量源,導致這片區域的天體被「推開」,形成了如此空曠的宇宙空間。

其他解釋

當然,除了上面幾種說法之外,還有其他人提出了自己的觀點。

有人認為:牧夫座空洞其實是由許多小的空洞合併形成的,這就像我們平時看到的小肥皂泡可以合併成大肥皂泡一樣。在牧夫座空洞僅有的幾十個星系中,科學家們發現了一個頗有深意的現象,那就是這些星系在一條管狀區域內有序地排列著,這個現象通過小空洞合併的猜想可以得到很好的解釋。

另外也有人懷疑:牧夫座空洞雖然看起來天體極少,但是不代表它真的空,而是它所包含的物質讓我們難以觀測,那就是暗物質。暗物質是除了暗能量之外另一個被推測的神秘物質,它們也充斥在宇宙空間,幾乎所有的星系中都包含這種未知的物質。它們不與可見物質發生反應,但是卻可以提供引力。也許在牧夫座空洞這片區域內,暗物質的密度比其他區域更高,佔據了3.3億光年的空間,只留下幾十個星系,所以我們才看到了這樣的空洞。

寫在最後

說了這麼多,我都忘記闢謠了。如果你在網上搜「牧夫座空洞」,絕大部分展示的圖片都是下面這一張——

但是,我負責任地告訴你,這一張圖片最初展示的不是牧夫座空洞,而是巴納德68分子雲。關於巴納德68分子雲我們以後有機會再介紹,今天主要是為了闢個謠。

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