是什么造成了宇宙空洞?答案你不会想到

网友:在宇宙大爆炸之后,星系应当被均匀地分散在宇宙当中,那是什么造成了宇宙空洞呢? 回答:在宇宙大爆

网友:在宇宙大爆炸之后,星系应当被均匀地分散在宇宙当中,那是什么造成了宇宙空洞呢?

回答:在宇宙大爆炸之后,根本就没有星系。只有非常均匀的物质和很小密度的波动。

因此在一些地方,物质密度稍大一些,而在其他地方,密度小一些。具有大密度的区域,拥有更大的引力,使它们聚集的更多。相反地,小密度的区域,引力越小,聚集的也越少。

图解:以地球为中心,十亿光年尺度的宇宙,显示出本超星系团由许多空洞(红色字体)和细丝组成。

随时间流逝,团块越来越多。它们以特定尺度生长,不仅仅被引力所决定,还由气体的其他物质特性决定。在宇宙学中,从牛顿的小波动理论开始,有一整套理论致力于此。

结果是团块在特定尺度上表现了出来。星系生长成特定的大小。星系团也是如此。这种统计分布可以被分析,被标绘,并和理论预测对比。这就是所谓的“物质功率频谱。”举个例子,将各种测量的图形绘制数据与理论预测对比:

图解:不讨论令人困惑的细节,图中的横轴代表各种特征尺度,而纵轴显示星系以一个相应距离在彼此之间是否可能出现的可能性。红色实线代表对标准宇宙理论的预测,而交叉线(数据点与横纵误差线)是实际测量值。

所以,宇宙空洞不是充满暗物质或暗能量。事实上,正如理论所预测的,在我们宇宙的低密度区域中,它们是真正的空洞。

图解:CMB宇宙扫描。

相关天文知识阅读

宇宙空洞是纤维状结构(宇宙中最大尺度的结构)间的巨大空间,它包含很少甚至没有星系。空洞一般有一个10-100兆秒差距的直径;特别大的空洞,因没有大量的超星系团存在被定义,有时被叫做超空洞。它们的物质密度平均不到可观测宇宙的十分之一。第一次在1978年被斯蒂芬·格雷戈里和莱尔德·A·汤普森在基特峰国家天文台的开创性研究中发现了它们。

空洞被认为是由大爆炸中重子的声学振荡、物质坍塌以及压缩的重子物质的内爆形成的。从早期宇宙中最开始的量子波动小的各向异性开始,随着时间推移,各向异性在尺度上越来越大。高密度区域在引力作用下坍塌地更快,最终导致了今天所见巨大的、像泡沫的结构,或称由空洞和星系纤维构成的“宇宙网”。位于高密度环境的空洞比那些位于宇宙中低密度区域的空洞更小。

由于萨克斯-瓦福效应,空洞出现与宇宙微波背景下的可观测温度有关。由于引力红移,越冷的区域与空洞相关,越热的区域与纤维结构相关。因萨克斯-瓦福效应仅仅在宇宙被暗能量辐射主导时才有意义,所以宇宙空洞的存在对提供暗能量的物理证据具有重要意义。

图解:物质在宇宙中一个立方区域。蓝色纤维结构代表物质(主要为暗物质),中间的空白区域代表宇宙空洞。

图解:一个43X43X43-兆秒的立方显示了大尺度结构在一个对数周期内的演变,从红移30开始到红移0结束。该模型清楚表明高物质密度区域如何在集体引力作用下收缩,如何在向壁和丝逃离物质的情况下帮助宇宙空洞扩张。

打开APP阅读更多精彩内容